Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика
ISSN (print): 1817-3020, ISSN (online): 2542-193X
Учредитель: Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
Главный редактор: Короновский Алексей Александрович, д-р физ.-мат. наук, профессор
Периодичность / доступ: 4 выпуска в год / открытый
Входит в: Белый список (4 уровень), Перечень ВАК, РИНЦ, Scopus
Журнал предназначен для читателей, причастных к сфере физико-инженерного образования и физической науки - научных работников, преподавателей вузов, студентов и аспирантов, организаторов производства.
Цель и задачи журнала
Цель журнала – отражение современных представлений о физической картине мира, способствующих развитию образовательной и научно-исследовательской деятельности в области физики и ее приложений.
Задачами журнала являются:
-
публикация оригинальных научных работ по различным направлениям физической науки и ее приложений (включая нанотехнологии и другие критические технологии) в соответствии с содержанием паспортов специальностей научных работников по теоретической физике, радиофизике, физической электронике, твердотельной электронике, оптике, лазерной физике, биофизике;
-
публикация научно-методических материалов, способствующих совершенствованию образовательного процесса по физическим и инженерно-физическим направлениям подготовки;
-
публикация научных обзоров по приоритетным направлениям науки и высоких технологий;
-
публикация исторических сведений о Саратовском университете, его миссии в области физического образования и физической науки.
Статьи должны быть оформлены согласно Правилам журнала.
Языки публикаций – русский и английский.
Плата за обработку и публикацию рукописей не взимается.
Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-76653 от 26 августа 2019 года.
Текущий выпуск
Том 25, № 4 (2025)
Теоретическая и математическая физика
О свойствах стационарных конфигураций вращающейся самогравитирующей идеальной жидкости с вихревым гравитационным полем
Аннотация
В рамках общерелятивистской теории гравитации Эйнштейна, т. е. общей теории относительности (ОТО), рассматриваются свойства стационарных распределений самогравитирующей вращающейся сплошной среды в виде идеальной жидкости с баротропным уравнением состояния p = wε, w = const, где p – давление, а ε – плотность энергии идеальной жидкости. Стационарное пространство-время, совместимое с наличием самогравитирующей вращающейся сплошной среды, описывается стационарной цилиндрически-симметричной метрикой, соответствующей пространству-времени с вращением, в котором наличествует вихревое гравитационное поле. Для исследования свойств рассматриваемых вращающихся конфигураций самогравитирующей идеальной жидкости и вихревого гравитационного поля решаются соответствующие гравитационные уравнения Эйнштейна. Некоторые из полученных решений описывают геометрию пространства-времени «кротовых нор» – своеобразных тоннелей в пространстве-времени, соединяющих отдаленные области Вселенной или же параллельные Вселенные. Кроме того, показана возможность существования вакуумных «кротовых нор», образованных одним лишь вихревым гравитационным полем.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):396-407
396-407
Радиофизика, электроника, акустика
Об особенностях применения метода вспомогательной системы при диагностике режима обобщенной хаотической синхронизации
Аннотация
Рассматриваются особенности применения метода вспомогательной системы, проявляющиеся при диагностике режима обобщенной хаотической синхронизации в системах со сложной топологией аттрактора, обладающих внутренней симметрией. Учитывая, что симметрия динамики автономной ведомой системы при наличии воздействия со стороны ведущего осциллятора может приводить к появлению мультистабильности, корректное определение обобщенной синхронизации с помощью метода вспомогательной системы может быть затруднено. Предлагается модификация критерия обобщенной синхронизации, которая позволяет повысить надежность метода в подобных случаях.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):408-413
408-413
Разработка прототипа гибкой антенны с пассивирующим слоем для электроимпедансных сенсоров
Аннотация
Потребность в гибкой электронике для нужд мониторинга параметров жизнедеятельности человека с помощью носимых устройств дала толчок развитию гибких антенн. Материалы, используемые для создания антенн разнообразны, однако остается потребность в определении оптимальной конструкции, обеспечивающей как долговечность, так и высокую эффективность. В настоящей работе приведены результаты исследований по обоснованию конструкции и технологии изготовления прототипов гибких петлевых рамочных антенн на полиимидной подложке с помощью магнетронного напыления и лазерной абляции. Установлено, что абляция медного слоя затруднена, что приводит к неполной деметаллизации полиимидной подложки и короткому замыканию формируемых антенн. Кроме того, медь подвержена окислению, что приводит к ухудшению параметров гибких антенн со временем. Это послужило причиной добавления дополнительного пассивирующего металлического слоя из никеля или титана поверх слоя меди. Влияние пассивирующего слоя на качество лазерной деметаллизации (абляции) медного тонкопленочного покрытия гибких подложек из полиимида было оценено экспериментально. Пассивирующий слой никеля значительно улучшил качество деметаллизации, в то время как при использовании титана для пассивации наблюдается большое количество остаточного металла в виде застывших микрокапель в деметаллизированных областях. На основе металлизированного полиимида с никелевым пассивирующим слоем изготовлены прототипы петлевых рамочных антенн с частотой резонанса 3.75 ГГц. Результаты экспериментов с готовыми антеннами продемонстрировали значительную чувствительность частоты резонанса к изгибу в диапазоне углов от −60º до +60º, что открывает возможности для использования таких антенн в качестве датчиков микроперемещений. При этом разработанные и реализованные прототипы антенн имеют коэффициент отражения не выше −17 дБ в диапазоне углов изгиба от −100º до +100º, что позволяет использовать их в качестве основы электроимпедансных сенсоров.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):414-424
414-424
Оптика и спектроскопия. Лазерная физика
Водородная связь в моногидратах триглицеридов насыщенных жирных кислот: молекулярная динамика и квантовомеханическое моделирование
Аннотация
В данной работе проведено комплексное исследование водородных связей в двух типах моногидратов триглицеридов насыщенных жирных кислот с использованием методов классической молекулярной динамики и теории функционала плотности. Для анализа были рассмотрены триглицериды с длиной цепей от триацетина до тристеарина с количеством метиленовых групп от 0 до 16 в каждой цепи. Установлено, что карбонильная группа сложного эфира центральной углеводородной цепи являются основным центром образования водородных связей. Моногидраты с участием центральной цепи обладают большей стабильностью, чем с участием боковых цепей. Энергия ассоциации для моногидратов первого типа достигает насыщения при увеличении длины цепи, начиная с трикаприлина. Обнаружена линейная зависимость термодинамического параметра TΔS и константы равновесия Kα от длины цепи для моногидратов первого типа, что связано с потерей конформационной энтропии при гидратации.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):425-437
425-437
Конструкция модулятора терагерцового излучения на основе эффекта многоволновой интерфенции в слоистой структуре, состоящей из большого числа жидкокристаллических π-ячеек
Аннотация
На основе компьютерного моделирования предлагается оригинальная жидкокристаллическая конструкция модулятора ТГц излучения, состоящая из стопки расположенных друг за другом одинаковых «классических» π-ячеек. Принцип работы модулятора основан на явлении многоволновой интерференции, которая управляется электрическим полем. Матричным методом исследованы характеристики предлагаемого устройства – зависимости пропускания устройства от управляющего напряжения, контрастного отношения, величины пропускания модулятора при подаче на него максимального управляющего напряжения. Показано, что контрастное отношение модулятора падает с ростом длины волны модулируемого излучения, а пропускание модулятора в состоянии с максимальным значением управляющего напряжения такой зависимости не проявляет. Обнаружено, что десятичный логарифм контрастного отношения модулятора линейно зависит от числа элементарных π-ячеек, входящих в его конструкцию. Коэффициент наклона этой линейной функции убывает с ростом длины волны модулируемого излучения. Показано, что описанная конструкция жидкокристаллического модулятора ТГц излучения критична к технологическому разбросу в толщины элементарной жидкокристаллической ячейки. Однако величина этого разброса укладывается в простую технологию изготовления элементарных π-ячеек и не требует улучшения.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):438-448
438-448
Биофизика и медицинская физика
Сравнение крупнозернистой и полноатомной систем «мембрана-растворитель» как моделей мемконденсатора при воздействии переменного электрического поля
Аннотация
Целью исследования является сравнение крупнозернистой и полноатомной систем «мембрана-растворитель» как моделей мемконденсатора при воздействии переменного электрического поля. Исследуемая система состояла из липидной мембраны, погруженной в водный раствор KCl. Две количественно схожие системы состояли из 512 молекул липида типа дипальмитоилфосфатидилхолин (1,2-Dipalmitoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine), двух водных отсеков по 40 Å и 3 M соли. Моделирование молекулярной динамики было проведено с помощью пакета программ GROMACS. В работе было использовано два вида модельных силовых полей: полноатомное charmm36m и крупнозернистые martini22p, а также видоизмененное силовое поле v2.2refPOL+refION. К системам было приложено переменное электрическое поле с напряженностью в 0.5, 1.0 и 1.5 В/нм с частотой 1 ГГц. В работе представлены методы регистрации изменения концентрации ионов в водных отсеках с учетом различия между использованными силовыми полями. На основании представленных результатов были сделаны выводы, что каждая система проявляет себя как конденсатор, где накопление заряда происходит на одной из сторон мембраны, а графики распределения частиц указывают на различный характер расположения положительных и отрицательных ионов. При оценке зависимости суммарного заряда от значения напряженности поля, была выявлена нелинейная зависимость и существование эффекта гистерезиса. В связи с этим, представленные системы могут быть использованы для изучения мемемкостных свойств мембран.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):449-459
449-459
Термовизуализация микрогемодинамики и интегрированное картирование активности потовых желез как метод диагностики автономной нейропатии
Аннотация
Динамическая инфракрасная термография является перспективным методом для визуализации физиологических процессов, не только микрогемодинамики, но и активности эккриновых потовых желез. Нарушение активности потовых желез в исследуемых зонах может свидетельствовать, прежде всего, о повреждении холинергических нервных волокон. Цель: разработка нового подхода к анализу динамических термограмм, основанного на разделении исходного температурного сигнала на две независимых компоненты: вазомоторный (микрогемодинамика) и судомоторный (активность потовых желез), и применение данного подхода для выявления нейропатии в группе пациентов с сахарным диабетом 2-го типа. Материалы и методы: Запись динамических термограмм проводилась с помощью охлаждаемой камеры с температурной чувствительностью 0.02°С в процессе выполнения дыхательной пробы, заключающейся в трех резких вдохах с интервалом 2 мин. Термограммы регистрировались у 11 здоровых испытуемых и 11 пациентов с сахарным диабетом 2-го типа, средний возраст участников групп 58 ± 7 лет. Точки термограммы разделялись на два класса: в первом классе динамика температуры обусловлена влиянием только микрогемодинамики, во втором – совокупным влиянием микрогемодинамики и активности потовых желез. Для классификации точек термограммы использовались значения модуля производной температурных колебаний с порогом более 0.03°С/с. Визуализация областей активных потовых желез проводилась посредством интегрирования информации, полученной за всё время эксперимента. Результаты: Использование полученных интегрированных карт позволило определить относительную площадь, занимаемую активными потовыми железами в группе пациентов с сахарным диабетом 2-го типа 5.25% и в группе здоровых испытуемых – 22.25%. Результаты свидетельствуют о статистически значимом уменьшении площади активных потовых желез в группе пациентов с сахарным диабетом по сравнению с группой нормы, что может являться признаком нарушения холинергической симпатической иннервации и наличия диабетической нейропатии верхних конечностей. Таким образом, интегрированная карта функционирующих потовых желез дает возможность клиническому специалисту определять площадь поверхности тела с нарушенной автономной функцией в области конечностей, в частности, оценивать степень выраженности периферической нейропатии у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):460-473
460-473
Оценка времени стационарности сверхмедленных колебаний потенциалов головного мозга по сигналам электроэнцефалограмм
Аннотация
Сверхмедленные колебания потенциалов головного мозга, имеющие частоту менее 0.5 Гц, отражают активность центров вегетативной регуляции и являются маркерами психофизиологического состояния человека. Для таких колебаний характерна нестационарная динамика, которая затрудняет их экспериментальное исследование. Нами предложен метод оценки характерного времени стационарности сверхмедленных колебаний головного мозга, основанный на анализе экспериментальных временных рядов электроэнцефалограмм. Метод включает этапы разбиения временного ряда на сегменты, построение аппроксимирующих полиномов для каждого сегмента, расчет матрицы евклидовых расстояний между коэффициентами полиномов, кластеризацию сегментов для определения участков квазистационарной динамики и анализ длительностей объединенных сегментов для получения статистических характеристик. Предложенный метод может быть применен для оценки времени стационарности других ритмов электроэнцефалограмм, а также частотных составляющих последовательности RR-интервалов. С его помощью проведен анализ сигналов электроэнцефалограмм и RR-интервалов 50 здоровых добровольцев, находящихся в состоянии покоя. Показано, что колебания в различных частотных диапазонах исследуемых сигналов имеют разную длительность квазистационарного поведения. В диапазонах частот 0.05–0.15 Гц и 0.15–0.50 Гц, отражающих активность симпатической и парасимпатической ветвей регуляции соответственно, время стационарности сверхмедленных колебаний в сигналах электроэнцефалограмм составило 30 и 36 с соответственно. Показано, что длительности квазистационарных участков сверхмедленных колебаний в электроэнцефалограммах хорошо соответствуют длительностям участков квазистационарной динамики последовательности RR-интервалов в частотных диапазонах, ассоциируемых с процессами симпатической и парасимпатической регуляции ритма сердца.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):474-484
474-484
Нанотехнологии, наноматериалы и метаматериалы
Сенсорные свойства тонких пленок перфорированного графена, функционализированного СООН-группами: DFTB-исследование
Аннотация
Перфорированный графен является одним из наиболее обсуждаемых представителей пористых 2D наноматериалов с позиции их многообещающих свойств и перспектив применения в наноэлектронике и наносенсорике. В рамках данной работы рассматриваются плёнки перфорированного графена с почти круглыми отверстиями диаметром 1.2 нм, функционализированного карбоксильными (СООН) группами. Цель работы заключалась в оценке хеморезистивного отклика подобных плёнок на молекулы газа NO2, являющегося одним из загрязняющих воздух веществ. Для проведения исследования применялся квантовый метод функционала плотности в приближении сильной связи с самосогласованным вычислением заряда. Расчеты хеморезистивного отклика проводились в присутствии молекул воды на поверхности плёнки функционализированного перфорированного графена(ФПГ) при температуре 300 К. Установлено, что величина отклика плёнки составляет 87–93% в зависимости от числа адсорбируемых на поверхности перфорированного графена молекул NO2 (от 1 до 6). Высокая хеморезистивная чувствительность исследуемых плёнок объясняется резким снижением их сопротивления (на порядок) при посадке молекул NO2. Наблюдаемое снижение сопротивления объясняется с позиции изменении электронного строения плёнки и закономерностей квантового транспорта электронов в ней. Полученные результаты свидетельствуют о многообещающих перспективах применения плёнок функционализированного перфорированного графена в газовой сенсорике для обнаружения загрязняющих веществ в воздухе.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):485-494
485-494
Исследование проводящих свойств композитных полимерных материалов на основе поливинилпирролидона, допированных одно- и двухслойными нанотрубками
Аннотация
На сегодняшний день проводящие полимеры являются одной из самых динамично развивающихся областей материаловедения, объединяя химию, физику и нанотехнологии. Проводящие полимеры особенно востребованы в области гибкой электроники, энергетики и биомедицины. В связи с этим резко возрос интерес к полимерным нанокомпозитам на основе углеродных нанотрубок благодаря их уникальному сочетанию свойств, недостижимому для традиционных полимеров. Новые материалы смогут сочетать в себе высокую проводимость с лёгкостью и биосовместимостью, открывая новые возможности к инновационным технологиям. В данной работе в качестве основных объектов выбран известный полимер поливинилпирролидон и углеродные нанотрубки. Проведено теоретическое исследование возможности создания стабильного комплекса «Полимер-Углеродные нанотрубки» с использованием квантово-химического расчетного метода теории функционала плотности. Исследовано влияние слойности углеродных нанотрубок на адсорбционное взаимодействие комплекса, состоящего из фрагмента полимера поливинилпирролидон и молекулярного кластера углеродной нанотрубки. Для этого использованы одно- и двуслойные углеродные нанотрубки. Анализ карт электростатических потенциалов и зарядовых распределений в рассмотренных системах позволил объяснить механизм взаимодействия компонентов полимерных композитов для выбранного полимера и нанотрубок. Далее проведен анализ электронно-энергетического строения полученных полимерных нанокомпозитов. На основании полученных данных сделан вывод о проводящих свойствах полученного комплекса.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):495-504
495-504
Из истории физики
Академик Лев Петрович Питаевский: саратовские годы жизни, семейная аура
Аннотация
В статье освещается саратовский период жизни академика РАН Льва Петровича Питаевского (1933–2022) в контексте генеалогической линии нескольких поколений Питаевских от начала XIX в., когда прапрадед Л. П. Питаевского Трофим Ефимович носил фамилию Питаев. Помещены развернутые биографические сведения о близких родственниках академика – П. И. Питаевском, отце, А. С. Фейгельсон, матери, Л. Л. Лукашинской, жене. Все они получили высшее образование в Саратовском государственном университете. С приведением оригинальных материалов рассказано о школьных годах Л. П. Питаевского и его учебе на физическом факультете Саратовского университета. При написании статьи использованы данные Государственного архива Российской Федерации, Российского государственного архива социально-политической истории, Государственного архива Саратовской области, Государственного архива новейшего истории Саратовской области, Архива Саратовского университета, а также воспоминания людей, близко знавших Л. П. Питаевского. Подчеркивается высокий интеллектуальный уровень семьи, в которой родился и рос будущий академик, его раннее ярко выраженное стремление к научному творчеству. В биографиях Питаевских нашли отражение политические и социальные особенности страны в XX столетии.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(4):505-518
505-518
Personalia
519-521
522-523