Основные результаты
законченных фундаментальных и прикладных исследований
за 2007 год

Математические науки

Предложены проективный и экстраградиентный методы для решения вариационно-подобного неравенства (ВПН), основанные на взятии операции проекции на допустимое множество. Получены условия глобальной сходимости этих методов. Предложен метод локальных выпуклых мажорант (МЛВМ), основанный на построении выпуклых аппроксимаций, локально мажорирующих оценочную функцию ВПН. Получены условия локальной сходимости МЛВМ. Одним из важных приложений ВПН являются транспортные задачи равновесия с эластичным спросом.
(Нурминский Е.А., Шамрай Н.Б. Метод локальных выпуклых мажорант для решения вариационно-подобных неравенств // Журн. вычисл. матем. и матем. физики. 2007. Т. 47, вып. 3. С. 355-363).

Физические науки

Впервые детально исследованы оптические и механические свойства кремнийорганических спикул морских губок (Pheronema aspergillium и Hyalonema sieboldy). Установлено, что каждая из них состоит из центрального канала размером 1-2 мкм и большого числа, окружающих его, аксиальных слоев двуокиси кремния со средним размером: 50 - 400 нм, разделенных нанометровыми слоями белка спонгина. Установлено, что спикулы хорошо пропускают свет в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра электромагнитного излучения и, при модуле Юнга материала близким к плавленому кварцу, обладают повышенной гибкостью, в сравнении с промышленными кварцевыми волоконными световодами. Совместно с учеными Института лазерной физики СО РАН было показано, что настоящие спикулы при длине от 5 до 500 мм представляют собой новый вид природных биоминеральных фотонных кристаллов.

Рис. 1. Спикула губки Hyalonema sieboldy: а) цветовой градиент по длине спикулы при пропускании через нее белого света; б) спектр прошедшего через спикулу импульса фемтосекундного лазера; в) изображение тангенциального среза спикулы в атомном силовом микроскопе.

(Кульчин Ю.Н., Букин О.А., Вознесенский С.С., Галкина А.Н., Гнеденков С.В., Дроздов А.Л., Курявый В.Г., Мальцева Т.Л., Нагорный И.Г., Синебрюхов С.Л., Чередниченко А.И. Волоконные световоды на основе природных биоминералов - спикул морских губок // Квантовая электроника, 37. 2007. № 11. С.1-5;
Kulchin Yu.N., Voznesenskiy S.S., Bukin O.A., Bagaev S.N., Pestriakov E.V. Optical Properties of Natural Biominerals-the Spicules of the Glass Sponges // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2007. Vol. 16, No 4. Р. 189-197).

Созданы многослойные монолитные кремний - силицидные гетеронаноструктуры (ГНС) со встроенными нанокристаллитами (НК) полупроводниковых дисилицидов железа ( -FeSi2) и хрома (CrSi2).

Определены толщины покрывающих слоев эпитаксиального кремния (50-100 нм) необходимые для получения атомарно-гладких поверхностей ГНС. Установлено, что в многослойных структурах большинство нанокристаллов имеют структуру -FeSi2 (рис. 2), которые дают вклад в фотолюминесценцию при Т=4.2 К. Крупные НК CrSi2 (30-60 нм), сформированные около глубины встраивания, идентифицированы как гексагональная фаза CrSi2. Исследованы электрическая дефектность слоев и предложены способы уменьшения распределения НК и стабилизации гексагонального CrSi2 в решетке монокристаллического кремния.

Рис. 2. Изображение поперечного сечение 8-слойной эпитаксиальной гетероструктуры со встроенными нанокристаллами -FeSi2, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения

(Galkin N.G. Approaches to growth of multilayer silicon - silicide heterostructures with semiconductor silicide nanocrystallites // Thin Solid Films, 515 (2007) 8179 - 8188;
Galkin N.G., Dozsa L., Turchin T.V., Goroshko D.L., B. Pecz, L. Toth, L. Dobos, N.Q. Khanh, and A.I. Cherednichenko. Properties of CrSi2 nanocrystallites grown in silicon matrix // J. Phys.C: Condensed Matter, 19 (2007) 506204 (13 рр.);
Галкин Н.Г., Горошко Д.Л., Чусовитин Е.А., Полярный В.О., Гутаковский А.К., Латышев А.В., Khang Y. Формирование, кристаллическая структура и свойства кремния со встроенными нанокристаллитами дисилицида железа на подложках Si(100) // Физика и техника полупроводников. 2007. Т. 41, вып. 9. С. 1085-1092).

Продемонстрирована возможность модификации магических кластеров Si6In6 на поверхности Si(100) атомами свинца. Теоретические расчеты показали, что замена центрального атома кремния атомом свинца приводит к образованию атомного кластера Si6In6Pb и понижению его энергии на 0,3 эВ, что позволяет создать массив почти полностью (до 95%) состоящих из Pb-модифицированных кластеров (рис. 3). Данные сканирующей туннельной спектроскопии показывают, что Pb-модифицированный кластер является полупроводником с шириной запрещенной зоны немного больше, чем у обычного кластера.
(Zotov A.V., Utas O.A., Kotlyar V.G., Kuyanov I.A., Saranin A.A. Pb-modified In/Si(4 3) magic clusters: Scanning tunneling microscopy and first-principles total-energy calculations // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P. 115310-5).

Рис. 3. Изображение атомных кластеров модифицированных атомами свинца полученных с помощью сканирующей туннельной микроскопии и структурной модели этих кластеров определенной на основе теоретических расчетов.

Обнаружено, что добавление субмонослойных концентраций атомов Ge приводит к радикальной перестройке поверхностной фазы Si(111)4?1-In и изменению ее периодичности с 4?1 на 7?3 при этом структура по прежнему имеет квазиодномерный характер и металлические свойства (рис. 4). Предположено, что изменение параметра решетки при добавлении атомов германия не только предоставляет возможность исследовать роль поверхностных напряжений при формировании реконструкций, но и открывает новые возможности для управления реконструкцией поверхности.
(Gruznev D.V., Olyanich D.A., Chubenko D.N., Zotov A.V., Saranin A.A. 4 1 to 7 3 transition in the In/GexSi1-x(111) system induced by varying the substrate lattice constant // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P. 073307-4).

Рис. 4. Поверхность In/GexSi1-x(111) с сосуществующими доменами суперструктур 4?1 и 7?3

Впервые построена фазовая диаграмма субмонослойной системы Tl/Ge(100) в диапазоне покрытий Tl от 0,05 до 1,5 моноатомных слоев для трех диапазонов температур, включая комнатные температуры, высокотемпературный (350-450 K) и низкотемпературный (20-100 K) диапазоны. Обнаружен набор ранее неизвестных обратимых фазовых переходов, в частности переход от фазы 2х1-Tl к фазе c(12x 14)-T1 при охлаждении образца ниже температуры 125 К, а также необратимый переход к фазе (2х3)-Tl при нагреве выше 400 К.
(Saranin A.A., Zotov A.V., Kishida M., Murata Y., Honda S., Katayama M., Oura K. Tl/Ge(100) system: Phase formation and phase transitions // Surf. Sci. 2007. V. 601. P. 595-602).

Отработана методика сверхвысоковакуумной низкотемпературной (Т=850оС) очистки ионно-легированных железом образцов кремния с ориентацией (100) и (111) в потоке атомов кремния для образцов с различными дозами внедрения. Получены атомарно-гладкие поверхности кремния (рис. 5) при малых дозах ионов железа ( =1 1015 - 1 ? 1016 см-2) и выращены гладкие эпитаксиальные пленки кремния с шероховатостью порядка 1 нм и толщиной до 1,7 мкм на образцах с дозой имплантации до 1016 см-2. Изучены оптические и люминесцентные свойства образцов до и после роста слоёв кремния, свидетельствующие о высоком качестве выращенных слоёв и отсутствии дисилицида железа на их поверхности. Установлено, что дальнейшее увеличение дозы внедрения приводит к срыву эпитаксиального роста кремния.
(Galkin N.G., Goroshko D.L., Chusovitin E.A., Polyarnyi V.O., Bayazitov R.M., Batalov R.I., Shamirzaev T.S., Zhuravlev K.S. Morphological, structural and luminescence properties of Si/ -FeSi2/Si heterostructures fabricated by Fe ion implantation and Si MBE // J. Phys. D: Appl. Phys, 40 (2007) 5319-5326).

С помощью сканирующей туннельной микроскопии было установлено, что поверхность Tl/Ge(100)2 x 1 толщиной в один монослой дает уникальную возможность формировать антифазные доменные границы (АГД) путем переключения димеров Ge подложки. Такие структуры не наблюдаются на чистых и покрытых адсорбатами поверхностях Si(100) и Ge(100), так же как и на покрытой Tl поверхности Si(100). С использованием расчетов методом функционала локальной электронной плотности из первых принципов получена энергия формирования антифазных доменных границ (АДГ) атомарно чистых поверхностей Si(100) и Ge(100) и систем Tl/Si(100) и Tl/Ge(100). Показано, что только для Tl/Ge(100) формирование АДГ является энергетически выгодным процессом.
(Saranin A.A., Zotov A.V., Kuyanov I.A., Luniakov Yu.V., Katayama M., Oura K. Developing antiphase boundaries in one-monolayer Tl/Ge(100) system by re-bonding of underlying Ge dimmers // Phys. Rev. B. 2007. V. 76, No 19. P. 193302-4).

Исследованы оптические свойства упорядоченных квантовых точек в системах Si(111)/In и Si(111)/Cr, имеющих одинаковые размеры и поэтому называющихся "магическими" кластерами индия и хрома, соответственно. По полученным оптическим спектрам определена природа каждого типа "магических" кластеров (рис. 6 (а)). Установлено, что "магические" кластеры хрома, которые формируются в реактивной системе Si(111)/Cr, являются нанокристаллами силицида хрома, а "магические" кластеры индия в системе Si(111)/In представляют собой поверхностную фазу (Рис. 6 (б)). Оптические свойства двумерного материала, состоящего из "магических" кластеров, определяются их плотностью, зависят от покрытия адсорбата и достигают предельных значений при покрытии насыщения.
(Галкин Н.Г., Доценко С.А., Коваль Л.В. Оптические свойства "магических" кластеров, формирующихся в системах In/Si(111) и Cr/Si(111) // Письма в журнал технической физики. 2007. Т. 33, вып. 9. С. 44-52).

Исследовано происхождение поляризационного шума, как наиболее существенного в адаптивном волоконно-оптическом интерферометре, сформированного на основе многомодовых волоконных световодов и динамических фоторефрактивных голограмм. Предложен и экспериментально исследован подход, позволяющий существенно снизить уровень поляризационного шума. В результате, достигнута практическая чувствительность адаптивного волоконно-оптического интерферометра, которая всего в 3,6 раза ниже теоретической, что позволяет в реальных (не лабораторных) условиях устойчиво детектировать в широкой полосе частот (10 МГц) удлинения волоконного световода (вызванные, напр., вибрацией) с амплитудой в диапазоне от 30 пм до 110 нм (при обеспечении световой мощности в 10 мВт).
(Girolamo S.Di., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Y.N., Launay J.C. Sensing of multimode-fiber strain by a dynamic photorefractive hologram // Optics Letters. 2007. V. 2, No 13. P. 1821-1823;
Girolamo S.Di., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Y.N., Launay J.C. Fast adaptive interferometer on dynamic reflection hologram in CdTe:V // Optics Express. 2007. V.1 5, No 2. P. 545-555).

С помощью сканирующей туннельной микроскопии и расчета полной энергии из первых принципов была изучена Pb-индуцированная модификация массива магических кластеров In/Si( 100)4x3. Было найдено, что модификация кластеров происходит при напылении Pb на поверхность Si(100)4 x 3-In при 330-380 °C и обуславливается замещением центрального Si атома в кластере Si7In6, модель которого предложена Бунком и др. [Appl. Surf. Sci. 123/123. 104 (1998)], на Pb атом. Согласно данных сканирующей туннельной микроскопии, Pb-модифицированный кластер является полупроводником с шириной запрещенной зоны немного больше, чем у обычного кластера. Была продемонстрирована возможность получения массивов почти полностью (до 95%) состоящих из Pb-модифицированных кластеров.
(Zotov A.V., Utas O.A., Kotlyar V.G., Kuyanov I.A., Saranin A.A. Pb-modified In/Si(4 3) magic clusters: Scanning tunneling microscopy and first-principles total-energy calculations // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P. 115310-5).

Выполнено исследование адсорбции магния на подложке Si(111)7x7 при различных температурах и различных скоростях осаждения магния в условиях сверхвысокого вакуума. Обнаружено, что коэффициент прилипания магния к поверхности силицида магния близок к нулю при температурах выше 100оС. Показано, что силицид магния растет в виде сплошной пленки при температурах подложки 100-140оС, в то время как при температурах выше 170оС рост силицида магния наблюдается в виде островков. Установлено, что при скорости осаждения 0.5 нм/мин и температуре подложки 100-150оС наблюдается формирование двумерного силицида со структурой Si(111)-(2/3) 3x(2/3) 3)-R30o - 2D Mg2Si (рис. 7).
(Galkin K.N., Mahesh Kumar, Govind, Shiva Prasad S.M., Korobtsov V.V., Galkin N.G. Temperature dependence of adsorption and silicidation kinetics at the Mg/Si(111) // Thin Solid Films, 515 (2007) 8192 - 8196;
Galkin K.N., Korobtsov V.V., Mahesh Kumar, Govind, Shivaprasad S.M. Influence of evaporation conditions on Mg/Si(111) interface formation // Editors: V.E. Borisenko, S.V. Gaponenko, V.S. Gurin. World Scientific Publishing Company, Singapore. 2007. P. 215-218).

Предложена, теоретически и экспериментально изучена модель формирования нескольких (до 20) отражательных динамических голограмм в одном фоторефрактивном кристалле кубической симметрии (точечные группы 23 и - 43 m). Найдена геометрия пространственно-углового мультиплексирования динамических голограмм, в которой, в силу анизотропии электрооптического эффекта, либо вовсе исключено возникновение перекрестных помех, либо их эффективность оказывается на три порядка ниже основного сигнала. Данный тип голограмм использован для подавления поляризационного шума в адаптивном волоконно-оптическом интерферометре, использующем многомодовые волоконные световоды в качестве чувствительного элемента. Была экспериментально продемонстрирована возможность устойчивого детектирования механических вибраций объектов в спектральной полосе 10 МГц амплитудой от 30 пм до 110 нм (рис.8).

Рис. 8. Геометрия углового мультиплексирования динамических отражательных голограмм в фоторефрактивном кристалле: R - опорный световой пучок; S1, S2 - сигнальные световые пучки.

(Romashko R.V., Girolamo S.Di., Kulchin Yu.N., Launay J.C., Kamshilin A.A. High-sensitive and fast-adaptive fiber-optic interferometer based on photorefractive diffusion holograms multiplexed in CdTe:V crystal // Proc. of European Conference on Lasers and Electro-Optics CLEO/Europe'2007, Munich, Germany. 2007. P. CC-1779).

Методами рентгеноструктурного анализа, атомно-силовой микроскопии и оптической спектроскопии показано, что тонкие пленки кремния (30-560 нм), сформированные методом плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы (PECVD) на поверхности Si(100) при 350 С, представляют собой массив эпитаксиально ориентированных нанокристаллитов конусоподобной формы со средним размером 4.8 нм, поверхность которых частично пассивирована водородом и покрыта слоем естественного окисла, проявляют фотолюминесцентные свойства при комнатной температуре (рис. 9), и по своим физико-химические свойствам подобны пленкам пористого кремния, полученного методом электрохимического травления.
(Викулов В.А., Коробцов В.В. Структурные и оптические свойства пленок нанокристаллического кремния, полученного методом PECVD: Сравнение с пористым кремнием // Микроэлектроника, 36. 2007. № 2. С. 97-103).

Исследовано происхождение поляризационного шума, как наиболее существенного в адаптивном волоконно-оптическом интерферометре, сформированного на основе многомодовых волоконных световодов и динамических фоторефрактивных голограмм. Предложен и экспериментально исследован подход, позволяющий существенно снизить уровень поляризационного шума. В результате, достигнута практическая чувствительность адаптивного волоконно-оптического интерферометра, которая всего в 3,6 раза ниже теоретической, что позволяет в реальных (не лабораторных) условиях устойчиво детектировать в широкой полосе частот (10 МГц) удлинения волоконного световода (вызванные, например, вибрацией) с амплитудой в диапазоне от 30 пм до 110 нм (при обеспечении световой мощности в 10 мВт).
(Girolamo S. Di., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Y.N., Launay J.C. Sensing of multimode-fiber strain by a dynamic photorefractive hologram // Optics Letters. 2007. V. 32, No 13. P. 1821-1823;
Girolamo S. Di., Kamshilin A.A., Romashko R.V., Kulchin Y.N., Launay J.C. Fast adaptive interferometer on dynamic reflection hologram in CdTe:V // Optics Express. 2007. V. 15, No 2. P. 545-555).

С помощью метода сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) исследован островковый рост пленок Cu на поверхностной фазе Si(100)-с(4x12)-Al. Определены зависимости концентрации островков и их размеров от температуры подложки. Из анализа полученных данных на основе кинетической теории зародышеобразования найдены энергия активации диффузии, энергия связи димера Cu, а из построения Аррениуса критическая температура смены режима роста. Установлено ориентирующее влияние фазы с(4х12)-Al на кристаллическую структуру наноостровков Cu.
(Олянич Д.А., Чубенко Д.Н., Грузнев Д.В., Зотов А.В., Саранин А.А. Исследование методом сканирующей туннельной микроскопии роста наноостровков Cu на поверхности Si(100)-c(4 12)-Al // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33, вып. 21. С. 31-35).

Исследовано распространение в фоторефрактивном кристалле сильно сфокусированных гауссовых пучков, используемых для записи динамической голограммы (рис. 10). Найдены соотношения, позволяющие для выбранного кристалла, длины волны и заданного минимального расхождения световых пучков найти диапазон значений размера гауссова пучка на входе в оптическую систему, фокусное расстояние линзы, ее положение, при которых световые пучки будут иметь минимальный размер, малое расхождение, полностью перекрываться друг с другом на всем протяжении кристалла и распространяться максимально близко к оптической оси, что позволяет обеспечить запись максимально эффективной отражательной голограммы, обладающей вместе с тем быстрым откликом, при использовании оптического излучения малой мощности.
(Romashko R.V., Kulchin Yu.N., Kamshilin A.A. Optimal geometry for fast and efficient hologram recording in photorefractive crystal // Optical Review. 2007. V. 14, No 14. P. 176-179).

Рис. 10. Формирование динамической голограммы в фоторефрактивном кристалле сильно сфокусированными гауссовыми пучками.

Разработаны физико-математические основы методов мониторинга процессов деформирования и разрушения механических оболочек тел и конструкций, основанных на использовании элементной базы амплитудных, интерферометрических и спектральных волоконно-оптических измерительных преобразователей перемещений, натяжений, усилий и углов поворота. Впервые доказано наличие оптимальных условий, обеспечивающих линейную зависимость регистрируемого оптического сигнала от измеряемого воздействия. Показано, что для обеспечения максимального динамического диапазона измеряемого сигнала резонансная длина волны должна выбираться из условия максимальной крутизны для огибающей спектра зондирующего импульса. Определено максимальное количество мультиплексируемых брэгговских решеток.
(Kulchin Yu.N., Vitrik O.B., Dyshlyuk A.V., Shalagin A.M., Babin S.A., Vlasov A.A. Application of Optical Time-Domain Reflectometry for the Interrogation of Fiber Bragg Sensors // Laser Physics. 2007. Vol. 17, No 11. Р. 1335-1339;
Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Дышлюк А.В., Шалагин А.М., Бабин С.А., Власов А.А. Метод декодирования сигналов волоконных брэгговских решеток на основе оптической временной рефлектометрии // Сборник трудов Российского семинара по волоконным лазерам, Новосибирск. 2007. С. 76).

Впервые получен послойный рост магнитного металла (Co) на кремнии в диапазоне субнанометровых и нанометровых толщин (d = 0-28.5 ?) с низкой величиной шероховатости поверхности (see Fig. 11 a). Впервые показано распределение d-электронов переходного металла (Co) в полупроводниковую подложку Si (см. рис. 11 b) и формирование двумерной фазы чистого металла (Co), которая имеет пониженную энергию объемных плазменных потерь и более высокое сопротивление, чем в объемном металле, вследствие квантово-размерных ограничений и перераспределения d-электронов. Данное фундаментальное явление перераспределения d-электронов металла в полупроводниковую подложку очень важно для развития теории барьера Шоттки металл-полупроводник.
(Plusnin N.I., Il'yashenko V.M., Kitan' S.A., Krylov S.V. Formation of Co ultrathin films on Si(111): Growth mechanisms, electronic structure and transport // Applied Surface Science, 253 (2007) 7225-7229).

Впервые получен послойный рост Fe на кремнии в субнанометровом диапазоне толщин и показано что увеличение тепловой мощности падающего атомного пучка может существенно изменить условия преодоления поверхностного потенциального барьера и привести к перемешиванию с подложкой падающих атомов. Это вызывает активацию послойного роста моносилицида железа на (см. рис. 12).
(Плюснин Н.И., Ильященко В.М., Китань С.А., Крылов С.В. Влияние мощности, переносимой атомарным пучком, на формирование границы раздела Fe/Si(111)7?7 // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33, вып. 11. C. 79-86;
Plyusnin N.I., Il'yashchenko V.M., Krylov S.V. Kitan' S.A. Effect of Incident Atomic Beam Power on the Formation of a Fe/Si(111)7?7 Interface // Technical Physics Letters. 2007. Vol. 33, No 6. Р. 486-489.).

Обнаружен нетривиальный характер спектров отражения (рис. 13) в видимом диапазоне спектра в пленках нанокристаллического кремния, зависящий от толщины исследуемых пленок. Методами рентгеновской дифракции и атомной силовой микроскопии определены размеры кристаллитов и среднеквадратичная шероховатость поверхности осаждённых плёнок. Показано, что значительное уменьшение отражательной способности в спектральной области 200-900 нм и длинноволновой сдвиг характеристических максимумов на спектрах отражения обусловлены размерами нанокристаллов в сформированных пленках.
(Викулов В.А., Маслов А.М., Коробцов В.В., Димитриев А.А. // Особенности спектров отражения пленок пористого нанокристаллического кремния, сформированных методом PECVD // Оптика и спектроскопия. 2007. Т. 103, № 6. С. 986-991).

Среди различных перспективных подходов формирования наноструктур в последние годы все большее значение приобретают нанотехнологии, использующие самоорганизацию для создания наноструктур из отдельных атомов (т. н. технология "снизу вверх"). В рамках этого подхода особенно многообещающим представляется самоорганизация атомов адсорбатов на поверхности полупроводниковых кристаллов, проводимая в условиях сверхвысокого вакуума при контроле с помощью метода высокоразрешающей сканирующей туннельной микроскопии. В этом случае реализуется управление структурой и свойствами формирующихся наноструктур на атомарном уровне.
(Саранин А.А., Зотов А.В. Самосборка наноструктур из атомов адсорбатов на поверхности полупроводниковых кристаллов // Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2, № 5-6. С. 28-43).

Используя Si(111)4?1-In в качестве опытной реконструкции, рассмотрена возможность модифицирования структуры реконструированных поверхностей с адсорбатом путем изменения среднего значения параметра решетки подложки. В проведенных экспериментах параметр решетки подложки Si(111) увеличивался формированием тонкого слоя сплава GexSi1-x на Si(111). Было обнаружено, что это приводит к замене реконструкции 4?1 на 7?3, при этом переход полностью завершается, когда более чем 0,3 МС Ge встроено в подложку. 7?3 обладает полосковой структурой, основу которой составляют двойные ряды, и вероятно состоит из 1 МС In и 0,65±0,04 МС Si(Ge). Подобно 4?1, эта структура обнаруживает металлические свойства. Реконструкция 7?3 не наблюдается в "чистых" системах In/Si(111) и In/Ge(111).
(Gruznev D.V., Olyanich D.A., Chubenko D.N., Zotov A.V., Saranin A.A. 4 1 to 7 3 transition in the In/GexSi1-x(111) system induced by varying the substrate lattice constant // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P. 073307-4).

Теоретически и экспериментально установлено, что для обеспечения независимости результатов измерений от флуктуаций мощности светового пучка требуется применение двух пространственно разнесенных измерительных каналов в виде двух приемных ВС, входные торцы которых следует располагать в окрестности фокуса линзы. Создан макет стабилизированного волоконно-оптического измерительного преобразователя абсолютного углового положения. В результате экспериментов достигнуты следующие метрологические характеристики макета: пороговая чувствительность - 0,010, динамический диапазон - 25 дБ, диапазон измеряемых углов ± 40.
(Kulchin Yu.N., Vitrik O.B., Dyshlyuk A.V. Fiber-optic inclinometer for structural health monitoring // Proc. of SPIE Optics&Photonics'2007. Vol. 6662).

Методами дифракции медленных электронов и четырехзондовым методом измерения электрической проводимости была исследована проводимость поверхностных фаз Si(111) 3 х 3-In и Si(111)4 х 1-In в зависимости от кристаллографических направлений поверхности подложки. Установлено, что направления, в которых проводимость максимальна, в сверхрешетке Si(111) 3 х 3-In совпадают с кристаллографическими направлениями максимальной атомной плотности атомов In, а в поверхностной фазе Si(111)4 х 1-In - с направлениями одномерных цепочек индия.
(Лавринайтис М.В., Цуканов Д.А., Рыжков С.В. Анизотропия электрической проводимости поверхностных фаз In-Si(111) // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33, вып. 11. С. 20-24).

Исследованы оптические характеристики гетерогенных жидких нанокомпозитов (ГЖНК) на основе широкозонных диэлектрических наночастиц (рис. 14, 15). Установлено, что определяющими процессами в проявлении низкопороговой оптической нелинейности служат зависящие от длины волны излучения явления самофокусировки и дефокусировки излучения, возникающие вследствие модуляции эффективного показателя преломления ГЖКН при генерации неравновесных носителей заряда и поляризации наночастиц при возбуждении состояний носителей заряда, а также слабо зависящее от длины волны, но радикальным образом зависящее от материала жидкофазной матрицы, явление дефокусировки излучения, обусловленное температурной модуляцией показателя преломления гетерогенной среды.

Рис. 14. Фотографии типичных наночастиц Al2O3. полученные с помощью атомного силового микроскопа NT MDT Solver P47.

I=500 мВт\мм         I=800 мВт\мм         I=1500 мВт\мм         I=2500 мВт\мм         I=3120 мВт\мм        

Рис. 15. Распределение интенсивности излучения в дальней зоне по сечению пучка после прохождения ГЖНК на основе иммерсионного масла, при разных значениях интенсивности на входе и объемной концентрацией наночастиц Al2O3 0,03 %.

(Кульчин Ю.Н., Щербаков А.В., Дзюба В.П., Вознесенский С.С., Микаэлян Г.Т. Нелинейно-оптические свойства гетерогенных жидких нанофазных композитов на основе широкозонных наночастиц Al2O3 // Квантовая электроника. 2008. Т. 58, № 1. 19 с.).

Проведены исследования адаптивных методов обработки выходных сигналов одноволоконных маломодовых интерферометров с применением фоторефрактивных кристаллов. Изучены вопросы применения эффекта фаннинга в фоторефрактивных кристаллах для обработки выходных сигналов интерферометров. Исследованы возможности применения эффекта поляризационной самомодуляции для обработки выходных сигналов одноволоконных маломодовых интерферометров. Полученные результаты позволяют достичь высокой стабильности параметров измерительной системы к неконтролируемым воздействиям на интерферометр.
(Kulchin Yu.N., Kamenev O.T., Petrov Yu.S. Long-base fiber-optic deformometer for the measurement of linear deformations // Laser Physics. 2007. V. 17, No 11. Р. 1333-1334).

С помощью методов дифракции быстрых электронов и атомно-силовой микроскопии изучено поведение системы Fe/SiO2/Si(001) в зависимости от температуры осаждения Fe и температуры последующего отжига. Установлено, что естественный слой SiO2 на поверхности Si(001) является термически и химически стабильным по отношению к потоку Fe в широком диапазоне температур (20-650°С) осаждения железа, что дает возможность его использования для формирования наноразмерных островков Fe. Разрушение SiO2 имеет место в процессе последующего отжига и начинается в местах нарушения сплошности пленки SiO2, что приводит к взаимодействию атомов Fe с атомами подложки Si и образованию силицидов, тип которых зависит от температуры осаждения Fe и температуры последующего отжига.
(Korobtsov V.V., Balashev V.V., Pisarenko T.A., Chusovitin E.A., Markidonov E.V. Fe interaction with native SiO2 on Si(001) studied by RHEED // e-J. Surf. Sci. Nanotech. 2007. Vol. 5. Р. 45-50).

Разработаны принципы построения и исследованы различные варианты реализации оптоволоконных датчиков для измерения концентрации растворенных в морской воде органических и неорганических веществ методом индуцированной флуоресценции. Определены оптимальные размеры и взаимное расположение оптических волокон в датчике флуоресценции погружного типа. Разработана математическая модель процесса затухания энергии солнечного излучения при работе погружаемого модуля в приповерхностных водах. На основе выполненных исследований разработана базовая конструкция оптоволоконного погружаемого модуля флуориметра.
(Кульчин Ю.Н., Вознесенский С.С., Гамаюнов Е.Л., Гурин А.С., Коротенко А.А., Майор А.Ю. Лазерный спектрометр с погружаемым оптоволоконным датчиком // Подводные исследования и робототехника. 2007. № 1(3). С. 54-57;
Kulchin Yu.N., Voznesenskiy S.S., Gamayunov E.L., Gurin A.S., Korotenko A.A., Maior A.Yu. An Immersible Fiber-Optic Fluorometer // Instruments and Experimental Techniques. 2007. Vol. 50, No 6. Р. 828-832).

Впервые исследованы особенности корреляционной обработки картины, получаемой при пропускании излучения одноволоконного многомодового интерферометра (ОМИ) с малым числом мод через диффузный транспарант. Показано, что использованный подход исключает характерные для двухмодового режима возбуждения ОМИ проблемы влияния поляризационных биений мод и влияния мод высших порядков и позволяет реализовать измерения величины удлинения чувствительного отрезка световода в многомодовом интерферометре в режиме возбуждения нескольких мод. Для использованного в настоящей работе ОМИ с пятью направляемыми модами погрешность измерения величины удлинения составляет ± 10 мкм на линейном участке рабочей характеристики.
(Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Ланцов А.Д.,. Корреляционная обработка сигналов одноволоконного многомодового интерферометра в режиме возбуждения малого числа мод при измерениях деформационных воздействий // Квантовая электроника, 37. 2007. № 12. С. 1-3).

Исследованы возможности создания одномерной томографической волоконно-оптической измерительной системы для исследования внутренней структуры различных объектов и распределений физических полей. Показано, что указанная система может быть создана с применением в качестве чувствительных элементов одноволоконных многомодовых интерферометров. Показано, что точность определения места приложения деформационного воздействия при использовании указанной системы определяется количеством используемых измерительных линий и топологией их размещения внутри исследуемого объекта. Разработана топология таких систем, обеспечивающая определение величины и места приложения деформационного воздействия с точностью определения величины деформации чувствительного элемента в системе ±3 мкм.
(Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Ланцов А.Д. Одномерная томографическая волоконно-оптическая измерительная система на основе одноволоконных многомодовых интерферометров // Фотон-экспресс. 2007. N 6 (62). С. 50-51).

Проведены исследования оптических свойств природных наноструктур (спикул стеклянных губок). Обнаружено, что они обладают выраженными свойствами фотонных кристаллов. Выявлен значительный рост интенсивности флуоресценции в длинноволновой области, с максимумом на длине волны 770 нм, насыщение и аномально большие времена флуоресценции, при возбуждении базальных спикул импульсами второй гармоники Nd:YAG - лазера. Исследования спектров флуоресценции и спектров поглощения спикул позволили обнаружить симбионты цианобактерии в шестилучевой губке Hyaloplacoida echinum (Lyssacinosida; Hexactinellida).
(Кульчин Ю.Н., Вознесенский С.С., Галкина А.Н., Дроздов А.Л., Гнеденков С.В., Курявый В.Г., Мальцева Т.Л., Чередниченко А.И. Физико-химические свойства биоминеральных структур кремнийсодержащих морских организмов // Вестник ДВО РАН. 2007. № 1. С. 27-41;
Kulchin Yu.N., Voznesenskiy S.S., Bukin O.A., Bagaev S.N., Pestriakov E.V. Optical Properties of Natural Biominerals-the Spicules of the Glass Sponges // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2007. Vol. 16, No 4. Р. 189-197).

Проведен анализ сезонной динамики атмосферной оптической толщи над городом Владивостоком на основе данных лидарного зондирования и траекторного анализа движения воздушных масс. Показано, что максимумы оптической толщи соответствуют траекториям движения воздушных масс, проходящим через северные районы Китая и Монголии. Определены характерные особенности высотного распределения аэрозольных слоев в период пылевых бурь и трансграничного переноса аэрозоля из пустынных районов Китая и Монголии. Подтверждена значимость аэрозольного канала поставки минеральных веществ в акватории Дальневосточных морей в качестве стимулятора развития клеток фитопланктона.
(Букин О.А., Павлов А.Н., Салюк П.А., Кульчин Ю.Н., Шмирко К.А., Столярчук С.Ю., Бубновский А.Ю. Особенности высотного распределения аэрозоля во время прохождения пылевых бурь над заливом Петра Великого в 2006 году и их воздействия на фитопланктонные сообщества Японского моря // Оптика атмосферы и океана, 20. 2007. № 4. С. 341-348;
Букин О.А., Майор А.Ю., Павлов А.Н., Ильин А.А., Салюк П.А., Голик С.С., Ластовская И.А. Лазерные методы исследования океана и атмосферы // "Дальневосточные моря. Книга 4. Физические методы исследования". М: Наука. 2007. С. 579-622).

Исследованы механизмы формирования спектров лазерной индуцированной флуоресценции (ЛИФ) растворённого органического вещества (РОВ), воспроизведённого клетками фитопланктона в морской воде. Показано, что при использовании второй гармоники Nd:YAG лазера для возбуждения ЛИФ РОВ, возможно выделение сигнала флуоресценции от "молодого" РОВ (т.е. РОВ, воспроизведённого живыми клетками фитопланктона) на фоне флуоресценции от всего РОВ. Изучена динамика спектров ЛИФ в процессе гибели клеток фитопланктона и деградации РОВ. Предложена методика определения темпов воспроизводства РОВ клетками фитопланктона в процессе фотосинтеза. Получены результаты по исследованию эффективности возбуждения флуоресценции хлорофилла "А" различными длинами волн лазерного излучения.
(Букин О.А., Майор А.Ю., Павлов А.Н., Ильин А.А., Салюк П.А., Голик С.С., Ластовская И.А. Лазерные методы исследования океана и атмосферы // "Дальневосточные моря. Книга 4. Физические методы исследования". М: Наука. 2007. С. 579-622;
Букин О.А., Голик С.С., Салюк П.А., Бауло Е.Н., Ластовская И.А. Изменение спектров лазерной индуцированной флуоресценции морской воды в процессе деградации растворенного органического вещества // Журнал Прикладной Спектроскопии. 2007. Т. 74, № 1. С. 103-107;
Майор А.Ю., Букин О.А., Крикун В.А., Бауло Е.Н., Ластовская И.А. Компактный судовой флуориметр // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20, № 3. С. 283-285).

Экспериментально подтверждено предположение о существенном влиянии атмосферного аэрозоля на состоянии фитопланктонных сообществ. Исследовано воздействия атмосферного аэрозоля на состояние фитопланктонных сообществ на акватории залива Петра Великого и динамика атмосферного аэрозоля в период прохождения пылевых бурь в континентальном Китае и Монголии. Обнаружен результат воздействия атмосферного аэрозоля, в периоды наибольшей активности пылевых бурь, на состояние фитопланктонных сообществ, которое проявляется в развитии процесса локального цветения водорослей (возрастание концентрации хлорофилла А в верхнем слое океана), вызванного поступлением большого количества минеральных веществ.
(Букин О.А., Павлов А.Н., Салюк П.А., Кульчин Ю.Н., Шмирко К.А., Столярчук С.Ю., Бубновский А.Ю. Особенности высотного распределения аэрозоля во время прохождения пылевых бурь над заливом Петра Великого в 2006 году и их воздействия на фитопланктонные сообщества Японского моря // Оптика атмосферы и океана, 20. 2007. № 4. С. 341-348).

Механика

Изучено поведение вектора вихря скорости непосредственно за произвольной искривленной волной, например, возникающей при обтекании тела сверхзвуковым, неоднородным потоком горючего газа с образованием ударной или детонационной волны. Для осесимметричных закрученных потоков найден закон сохранения величины касательной компоненты вектора вихря деленного на плотность газа, хотя сами величины в отдельности терпят разрыв. Обнаружено, что завихренность достигает максимального значения для ударных волн, а для детонационных волн уменьшается с увеличением энерговыделения в волне.
(Левин В.А., Скопина Г.А. Поведение вектора вихря скорости в сверхзвуковых осесимметричных закрученных потоках за детонационной волной // ПМТФ. 2007. Т. 48, № 6. С. 1-7;
Левин В.А., Скопина Г.А. Поведение вектора вихря скорости в сверхзвуковых потоках за поверхностями разрывов // Теплофизика и Аэромеханика. 2007. Т. 13, № 3. С. 381-389).

Разработана математическая модель больших упруговязкопластических деформаций. В рамках этой модели поставлены и решены ряд краевых задач теории о прямолинейных и вискозиметрических течениях упруговязкопластических материалов с указанием законов движения границ застойных зон и упругих ядер и с вычислением полей остаточных напряжений при полной разгрузке.
(Буренин А.А., Ковтанюк Л.В. Об одном аналитическом решении в теории больших упруговязкопластических деформаций // Изв. РАН. Механика твердого тела. 2007. № 4. С. 72-77;
Буренин А.А., Ковтанюк Л.В., Устинова А.С. Вискозиметрическое течение упруговязкопластического материала между жесткими коаксиальными цилиндрическими поверхностями // Вестник Чувашского государственного педагогического университета имени И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельных состояний. 2007. № 1. С. 18-25).

Исследовано поведение двухфазного нелинейно-упругого материала в условиях термического равновесия и отсутствия диссипации на межфазной поверхности. На основе вариационного принципа получено условие непрерывности нормальной компоненты для тензора химического потенциала на границе раздела фаз при учете динамики среды и вводится тензор химического потенциала в переменных Лагранжа и Эйлера. В случае модели газа-жидкости соотношения на межфазной поверхности совпадают с классическими условия равновесия фаз Гиббса. Показано, что учет динамики среды при введении тензора химического потенциала является принципиальным фактом для формулировки условий квазистатичности, поскольку это приводит к дополнительным ограничениям на выбор энергии взаимодействующих фазовых конфигураций.
(Гузев М.А. Условия на границе раздела фаз нелинейно-упругого материала в динамическом случае // ДАН. 2007. Т. 416, № 7).

С помощью оригинального численного метода подробно исследованы плоские нестационарные течения газа через пористые тепловыделяющие элементы ступенчато сужающейся и плавно сужающейся формы. Показано, что в зависимости от начально-краевых условий и параметров задачи возможен как переход к устойчивому стационарному режиму охлаждения, так и неограниченный разогрев тепловыделяющего элемента, ведущий к плавлению твердой фазы.
(Левин В.А., Луценко Н.А. Математическое моделирование газового охлаждения однородного пористого тепловыделяющего элемента // Математические модели и методы механики сплошных сред: Сборник научных трудов: к 60-летию А.А. Буренина. Владивосток: ИАПУ ДВО РАН. 2007. С. 149-172).

Разработана модель материалов с упругими и вязкими свойствами и по-разному сопротивляющихся сжатию и растяжению для упругих и вязкоупругих сред. Обобщен известный подход В.П. Мясникова и А.И. Олейникова к построению материалов, по-разному сопротивляющихся сжатию и растяжению.
(Буренин А.А., Ярушина В.М. К моделированию деформирования материалов, по-разному сопротивляющихся растяжению и сжатию // Сборник научных трудов "Проблемы механики деформируемых твердых тел и горных пород", посв. 75-летию со дня рождения ак. Е.И. Шемякина. М. 2007. С. 100-106).

В рамках теории больших упругопластических деформаций поставлена и решена задача, изучающая процесс интенсивного деформирования одиночного дефекта сплошности при скачкообразном увеличении гидростатического давления (ударное нагружение) с последующим его мгновенным снятием (разгрузка). Отмечается высокий уровень напряжений, формирующихся в окрестности дефекта, способный привести к его "залечиванию".
(Ермоленко А.В., Полоник М.В. О возможности повышения эксплуатационных характеристик материалов за счет предварительной импульсной или ударной обработки // Известия РАН. МТТ. 2007. № 4. С. 183-193).

Получены результаты экспериментальных исследований закономерностей зонального характера разрушения горных пород вокруг выработок, механизма смены знака приращения деформаций образцов горных пород при сжатии, а также периодического характера деформаций по высоте и периметру образца. На основе неевклидовой модели сплошной среды построена термодинамически корректная математическая модель зональной структуры сильно сжатых горных пород вокруг подземных выработок. В рамках предложенной модели дано решение задач о распределении поля напряжений вокруг горной выработки, расположенной в массиве с развитой дефектной структурой, а также решение задач о распределении поля напряжений в образце при сжатии.
(Гузев М.А., Макаров В.В. Деформирование и разрушение сильно сжатых горных пород вокруг выработок // Владивосток: Дальнаука. 2007. 232 с).

Разработано и апробировано вычислительное обеспечение трехмерного моделирования технологических процессов термомеханической обработки металлов при формообразовании крупногабаритных элементов конструкций. Приведено сравнение результатов использования конечно-элементных программ на кластерном суперкомпьютере МВС-1000 и на кластере из стандартных ПЭВМ. Лицензионные программы распределенного инженерного анализа дополнены разработанными программными модулями, обеспечивающими учет особенностей деформирования материала при повышенных температурах.
(Гузев М.А., Олейников А.И., Бормотин К.С., Серый С.В., Пекарш А.И. Виртуальная обработка на кластерных комплексах технологий формовки крупногабаритных изделий двойной кривизны и переменной толщины // Вычислительные методы и программирование. 2007. Т. 8. С. 127-134).

Рассматривается неевклидова модель сплошной среды, в которой скалярная кривизна является параметром порядка системы, характеризующим несовпадение внутренней геометрии модели с евклидовой геометрией внешнего наблюдателя. В рамках этой модели показано, что параметр порядка определяет переход от монотонного к осциллирующему поведению в распределении поля напряжений вокруг выработки, если внешняя нагрузка достигает некоторой критической величины.
(Гузев М.А., Ушаков А.А. Критическое поведение параметра порядка в неевклидовой модели зональной дезинтеграции горных пород // Физическая мезомеханика. 2007. Т. 10, № 4. С. 31-37).

Для дискретной модели одномерного кристалла, заданная системой попарно-взаимодействующих гармонических осцилляторов, построено точное решение задачи о растяжении кристалла под действием постоянной силы. Предложен общий подход для построения точных решений. На основании точного решения в рамках кинетического подхода получено распределение напряжения, зависящее от масштаба пространственного усреднения. Вычислено изменение температуры стержня при деформации и исследована выполнимость теоремы о вириале.
(Гузев М.А., Дмитриев А.А., Пермяков Н.А. Точно решаемая модель молекулярной динамики // Сборник научных трудов: к 60-летию А.А. Буренина, Математические модели и методы механики. Владивосток. 2007. С. 65-74;
Guzev M.A., Dmitriev A.A., Permyakov N.A. Dependence of thermomechanical medium behavior on spatial averaging scale // XXXV Summer School-Conference "Advanced Problems in Mechanics". 2007).

Проблемы управления

Разработана мультимодель обратной задачи для оценивания пространственной ориентации космических аппаратов (КА) по астро- и инерциальным измерениям в условиях стохастической неопределенности погрешностей гироскопических измерителей. В качестве решения предложено правило выбора, основанное на рандомизированной интерпретации проекционного свойства калмановского алгоритма, что связало качество оценивания параметров ориентации с процедурой идентификации параметров сноса и диффузии марковских процессов, описывающих стохастические неопределенности. В численном эксперименте достигнута точность оценки углов ориентации КА порядка (1,5 2) угл.с.
(Девятисильный А.С., Прудкогляд Н.А. Моделирование астроинерциальной системы в условиях стохастической неопределенности // Авиакосмическое приборостроение, 11. 2007. С. 39-44).

Проведены исследования, направленные на развитие концепции управления на основе прогнозирующих моделей усеченных импульсных переходных функций в виде конечномерных векторов или матриц. Разработан метод определения робастных значений параметров регулятора, реализующего стратегию прогнозирующего управления. (Торгашов А.Ю. Робастно-стабилизирующие горизонты регулятора на основе прогнозирующей модели с усеченной импульсной переходной функцией // Автоматика и телемеханика. 2007. № 7. С. 90-102).

Разработаны теоретические основы построения многоканальных систем с переменной структурой и с адаптивной настройкой многомерных регуляторов для динамических объектов с переменными и неизвестными параметрами. В этих системах реализован принцип централизованного векторного управления, основанный на формировании режимов согласованного скольжения по пересечению многомерных гиперповерхностей в пространстве координат системы. Разработан новый закон адаптивной настройки положения гиперповерхностей скольжения, не требующий идентификации изменяющихся параметров объекта и обеспечивающий максимально возможную скорость скольжения и максимальную динамическую точность управления
(Lebedev A.V., Filaretov V.F. Variable Structure System for the Control of Multidimensional Nonstationary Linear Object // Proc. of the 16th International Conference on Control Systems and Computer Science. Bucharest, Romania. 2007. Р. 601-605;
Lebedev A.V., Filaretov V.F. Multi-Channel Variable Structure System for the Control of Autonomous Underwater Vehicle // Proc. of The IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. Harbin, China. 2007. Vol. I. Р. 221-226).

Совместно с ИПМТ ДВО РАН разработан универсальный программный комплекс для визуального моделирования и исследования пространственных движений подводных аппаратов различного вида и назначения. Комплекс может оценивать качество используемых систем управления роботами c различным числом степеней свободы. Он имеет гибкую модульную структуру. Разработаны и апробированы основные инструменты комплекса, позволяющие оперативно задавать и изменять все кинематические и динамические параметры роботов, а также параметры окружающей среды. Это дает возможность без предварительной подготовки использовать указанный программный комплекс для исследования работы различных по конструкции подводных роботов в различных режимах и условиях их эксплуатации (рис. 16).

а)      

б)      

Рис. 16. Результаты моделирования движения АПА: а) с учетом течений, б) без учета течений

(Филаретов В.Ф., Бобков В.А., Юхимец Д.А., Мельман С.В., Борисов Ю.С. Программный комплекс моделирования пространственного движения автономного подводного аппарата // Мехатроника, автоматизация, управление. 2007. № 1. С. 8-13;
Инзарцев А.В., Киселев Л.В., Медведев А.В., Павин А.М., Севрюк А.В., Сенин Р.А., Бобков В.А., Борисов Ю.С., Мельман С.В. Разработка имитационного моделирующего комплекса для решения задач "интеллектуального" управления АНПА // Материалы научно-технической конференции "Технические проблемы освоения мирового океана", Владивосток. 2007. С. 70-76).

Предложен новый способ преобразования трехкомпонентной инерциальной навигационной системы (3D-ИНС) в 2D-ИНС для случая движения объекта в центральном гравитационном поле (G-поле) по сфере известного радиуса, - способ, обуславливающий возможность реализации в 2D-системе свойства асимптотической устойчивости по динамической группе уравнений модели. Способ открывает новые возможности оценки значения локальной напряженности G-поля Земли как с помощью традиционных гравиметров, так, в чем и состоит его особенность и дополнительная новизна, - без них. В численном эксперименте достигнуты точности оценок углов горизонтирования платформы и значения напряженности G-поля порядка (10-6 10-5) рад и (10-7 10-6) м/с2 соответственно.
(Девятисильный А.С., Числов К.А. Высотная коррекция двухкомпонентной инерциальной навигационной системы // Авиакосмическое приборостроение. 2007. № 11. С.19-23;
Девятисильный А.С., Числов К.А. Метод синтеза асимптотически устойчивой по динамической группе уравнений двухкомпонентной инерциальной навигационной системы // "Управление и информатика в авиакосмических системах". С. 2-4 (приложение к журналу "Мехатроника, автоматизация, управление". 2007. № 10).

Для задачи определения орбит ИСЗ по внешним наблюдениям установлена связь между достаточными условиями разрешимости, формулируемыми в рамках классических представлений о ширине сингулярного спектра оператора, и условиями вложенности спектральных портретов (псевдоспектров) точного и возмущенного операторов, вытекающими из доказанной теоремы о вложенности псевдоспектров. Эта связь расширяет фундаментальную базу для получения гарантированной (в смысле академика С.К.Годунова) оценки вычислительной устойчивости решения траекторно-ориентированных обратных задач (рис. 17).

Рис.17. Фрагмент псевдоспектра оператора задачи определения околостационарной суточно-синхронной орбиты (а) и расположение псевдоспектров точного (F) и возмущенного ( ) операторов (б).

(Девятисильный А.С., Кислов Д.Е. Устойчивость динамических алгоритмов определения орбит квазистационарных ИСЗ // Космические исследования. 2007. Т. 45, № 2. С. 138-143;
Девятисильный А.С., Кислов Д.Е. Псевдоспектры и устойчивость линейных систем // Проблемы управления. 2007. № 5. В печати).

На основе адаптивных нейронных сетей с нечеткой логикой разработаны новые методы синтеза прогнозирующих (предикативных) систем управления сложными многосвязными нелинейными динамическими объектами с неидентифицируемыми и неизвестными параметрами. Как показали проведенные исследования и эксперименты, эти новые системы позволяют обеспечивать управление указанными объектами с высокой динамической точностью. При этом настройка параметров нейронных сетей осуществляется в реальном масштабе времени синхронно с изменением параметров сложных объектов управления с помощью маломощных типовых промышленных контроллеров.
(Палис Ф., Филаретов В.Ф., Цепковский Ю.А., Юхимец Д.А. Особенности синтеза прогнозирующих систем с нейрофаззи сетями для управления нелинейными динамическими объектами с переменными параметрами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2007. № 4. С. 11-19).

Разработан новый метод аналитического решения обратной задачи кинематики параллельного сферического манипулятора, не требующий применения сложных логических условий. На основе этого решения разработан метод формирования пространственных траекторий движения подводных аппаратов с одним поворотным движителем, учитывающий особенности указанного движительного комплекса и позволяющий значительно увеличить маневренность этих подводных аппаратов.
(Yukhimets D., Filaretov V. Applying neural network to inverse kinematics task of spherical parallel manipulator // Proc. of The IEEE International conference on Mechatronic and Automation, Harbin, China. 2007. Vol. 4. Р. 2865-2870;
Yukhimets D., Filaretov V. Some features of vectored thruster autonomous underwater vehicle conrol // Proc. of the 18th DAAAM Int. Symp. "Intelligent Manufacturing & Automation". Zadar, Croatia. 2007. Р. 821-822).

Предложена идентификационная модель обратной задачи для оценки скорости распространения гравитации, в основу которой положена не противоречащая лагранжеву формализму гипотеза о запаздывающем потенциале. На базе современных представлений о достижимой точности вычислений и измерений подтверждён вывод Лапласа о том, что "… эта (гравитационная) сила действует со скоростью, которую мы можем рассматривать как бесконечную".
(Девятисильный А.С., Кислов Д.Е. Исследование модели физического эксперимента для оценки запаздывания гравитационного потенциала // Измерительная техника. 2007. № 8. С. 3-5).

На основе ситуационного анализа положений и векторов скоростей судов разработана система информационных моделей, обладающих общностью и репрезентативностью характеристик; сформулировано определение домена как пространства вокруг судна, размеры которого позволяют за счет маневра избежать столкновения с судном-помехой; показано, что по изменениям углового ускорения вращательной компоненты движения встречного судна можно судить о фазе переложения его руля и, таким образом, идентифицировать начало маневра встречного судна. Разработана процедура оценки запрещенных курсов маневрирования. Разработан способ формирования изображения контура морского судна по радиолокационным наблюдениям (рис. 18).

Рис. 18. Радиолокационный образ и контур морского судна.

(Девятисильный А.С., Дорожко В.М., Лоскутов Н.В. Информационные модели систем управления безопасностью движения в насыщенных судопотоках // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2007. № 1. С. 114-128.
Патент РФ №2308055).

Разработан метод синтеза многоуровневых комбинированных позиционно - силовых систем управления многозвенными манипуляторами, перемещающими в пространстве рабочий инструмент, который должен воздействовать на обрабатываемую поверхность с заданным по величине и направлению усилием. Синтезированные с помощью указанного метода системы управления обеспечивают не только высокую динамическую точность пространственного перемещения рабочего инструмента вдоль обрабатываемой поверхности, но и точно передают требуемое силовое воздействие в условиях значительных взаимовлияний между всеми каналами управления и всеми степенями подвижности многозвенных манипуляторов.
(Zuev A., Filaretov V. Synthesis of hybrid force-position control systems for multilink manipulators // Proc. of the 18th DAAAM Int. Symp. "Intelligent Manufacturing & Automation". Zadar, Croatia. 2007. Р. 835-836;
Филаретов В.Ф., Зуев А.В. Позиционно силовое управление многозвенными манипуляторами // Сб. докл. Межд. научно-технич. мультиконф. "Проблемы информационно-компьютерных технологий и мехатроники". Дивноморское. 2007).

На основе исследований электрофизических процессов в высоковольтном электроэнергетическом оборудовании (ВВО) и особенностей его конструкции как источника собственных электромагнитных излучений (ЭМИ) в широком диапазоне частот разработаны теоретические предпосылки для выявления наиболее информативных диагностических диапазонов частот ЭМИ ВВО (силовых трансформаторов), характеризующих техническое состояние ВВО (рис. 19).
(Киншт Н.В. и др. О способе контроля высоковольтного оборудования на основе анализа спектров его собственного электромагнитного излучения // Промышленная энергетика. 2007. № 5. С. 15-20.
Патент РФ на изобретение №2006111647/28(012664) от 10.04.2006 г.
Патент РФ на ПМ №2007124300/22(026459) от 27.06.2007 г.).

Рис.19. Спектры собственных ЭМИ двух однотипных автотрансформаторов в диапазонах 40…200 МГц (2 верхних строки) и 200…460 МГц (2 нижних строки). Подстанция "Дальневосточная" 500 кВ.

Предложено решение обратной задачи оптимального параметрического синтеза по критерию запаса работоспособности, разработан метод ее решения, ориентированный на использование модели параллельных вычислений.
(Абрамов О.В., Катуева Я.В., Назаров Д.А. Оптимальный параметрический синтез по критерию запаса работоспособности // Проблемы управления. 2007. № 6).

Разработана адаптивная многоканальная система с переменной структурой для централизованного управления пространственным движением подводного робота при больших изменениях его параметров и параметров вязкой окружающей среды, а также сильном взаимовлиянии между всеми каналами управления по отдельным степеням свободы без предварительной декомпозиции математической модели данного объекта.
(Lebedev A.V., Filaretov V.F. Multi-Channel Variable Structure System for the Control of Autonomous Underwater Vehicle // Proc. of The IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. Harbin, China. 2007. Vol. I. Р. 221-226;
Лебедев А.В., Филаретов В.Ф. Синтез робастной системы управления пространственным движением автономного подводного аппарата // Материалы II Международной конференции "Технические проблемы освоения Мирового океана". Владивосток. 2007. С. 117-122).

Разработан метод автоматической коррекции задающих сигналов по каждому каналу управления сложными многосвязными нелинейными динамическими объектами с целью сохранения точного отслеживания заданных траекторий. Предложено формировать задающие воздействия в виде параметрических уравнений заданных пространственных траекторий. При этом требуемый закон изменения скорости движения объекта по выбранным траекториям и автоматическое уменьшение этой скорости при недостаточном ресурсе управления без изменения вида реализуемой траектории обеспечивается за счет введения специальных нелинейных обратных связей в программном устройстве.
(Лебедев А.В. Синтез алгоритма и устройства формирования траектории движения динамического объекта с учетом ограничений на управляющие сигналы // Материалы IX Международной Четаевской конференции "Аналитическая механика, устойчивость и управление движением". Иркутск. 2007. Т. 4. С. 137-145).

Предложен новый способ краткосрочного прогноза землетрясений, основанный на контроле удельного сопротивления грунта вблизи воздушной высоковольтной линии электропередачи, находящейся в рабочем режиме и расположенной в сейсмоопасном районе.
(Патент РФ на ПМ №65661 от 18.10.2006 г.).

Информатика

Разработана концепция систем интерактивного построения интуитивных доказательств для научных исследований, включающая расширяемые внешнюю и внутреннюю модели математической практики, модель интуитивных доказательств, механизмы поддержки интерактивного формирования математических теорий и интуитивных доказательств, модель аналогии между полными и интуитивными доказательствами, механизмы обеспечения правильности интуитивных доказательств, а также механизмы интеграции персональных знаний исследователей в общую базу знаний.
(Клещев А.С. Модель аналогии между математическими доказательствами // Проблемы управления. 2007. № 1. С. 20-24. ISSN 1819-3161;
Клещев А.С. Концепция банка математических знаний для научных исследований. Часть 1. Метафора. Часть 2. Интерактивное формирование интуитивных доказательств // Проблемы управления. ISSN 1819-3161. В печати).

Для мониторинга объектов и структур поверхности океана создан, исследован и запущен в постоянную работу метод расчета термических структур в форме карт доминантных ориентаций термических контрастов (ДОТК). Ориентации можно использовать как оценки направлений течения. Интегральная линия карты структур - кривая, в точках которой ДОТК являются касательными к ней. Пространственно-временная композиция ДОТК позволяет восстанавливать общую картину устойчивых струйно-вихревых структур поверхности океана, как в течение месяца, так и в течение года.
(Aleksanin A.I., Aleksanina M.G. Detection of Stable Synoptical Features of Sea Surface from a Series of Infrared Satellite Images // Pattern Rec. and Image Proc. 2007. Vol. 17, No 4. Р. 480-486;
Алексанин А.И, Алексанина М.Г. Спутниковое информационное обеспечение мониторинга океана на Дальнем Востоке // Монография "Исследования дальневосточных морей России", М.: Наука. 2007. Т. II. С. 607-641).

Проведено исследование областей применения онтологий при разработке программного обеспечения. Показано, что онтологический анализ является более адекватным, чем объектно-ориентированный анализ для сложных и наукоемких предметных областей. Показаны возможности применения онтологий для решения задач автоматизации проектирования нетехнических информационных объектов. Исследованы области применения непримитивных онтологий при решении ряда задач искусственного интеллекта и программирования.
(Клещев А.С. Использование онтологий в разработке программного обеспечения // Материалы Всероссийской конференции с международным участием "Знания-Онтологии-Теории" (ЗОНТ-07), 14-16 сентября 2007, Новосибирск, Россия. Новосибирск: Институт математики. 2007. В 2 т. Т. 1. С. 122-129. ISSN 0568-661X;
Клещев А.С. Роль онтологий в программировании. Часть 1. Аналитика. Часть 2. Интерактивное проектирование информационных объектов // Информационные технологии. ISSN 1684-6400. В печати).

Предложен метод расчета поправок для восстановления абсолютной уровенной поверхности моря по альтиметрическим измерениям и полям термических структур. Метод основан на том, что точки линии тока, соединяющие две соседние квази-синхронные трассы альтиметра, должны иметь одинаковую высоту уровенной поверхности при выполнении геострофического баланса. Имея набор таких линий для заданных трасс альтиметра в различные интервалы времени, можно найти соответствующие поправки к альтиметрическим аномалиям. Предложенный метод был применен для акватории, пересекаемой геострофическими течениями Ойясио, Субарктичским, и частично Куросио. Вариации поправок, полученные более чем за год по нескольким парам параллельных трасс Jason-1 и Topex/Poseidon, позволили рассчитать поправки к альтиметрическим аномалиям (рис. 20).

а)
                          б)                                               в)

Рис.20.(а) Трассы альтиметрических спутников Jaison-1 и Topex/Poseidon на ИК-изображении, (б) рассчитанные по ИК-изображению ДОТК и (в) рассчитанные по ДОТК линии тока с переходами с трассы на трассу.

(Алексанин А.И., Алексанина М.Г., Загуменнов А.А. Построение уровенной поверхности моря по данным альтиметрических измерений и полям термических структур // Сб. тр. "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов". М.: ООО "Азбука-2000". 2007. Т. 1. С. 247-253;
Алексанина М.Г., Алексанин А.И. Анализ поправок к геоиду при восстановлении абсолютной уровенной поверхности моря по альтиметрическим измерениям и полям термических структур // Пятая всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" М., ИКИ РАН, 12-16 ноября 2007 г. Сборник тезисов конференции. 2007. С. 148).

Разработан метод автоматизированного проектирования визуального представления пользовательского интерфейса по модели предметной области с учетом метрик качества. База метрик качества является расширяемой, за счет ее формирования по онтологии отображения представлений. Метод включает генерацию объяснений, содержащих протокол работы: описание набора критериев, по которым произведен выбор с указанием, какие из выбранных отображений были опровергнуты. Метод основан на использовании ссылок (вместо явных присваиваний значений), что обеспечивает снижение трудоемкости разработки и сопровождения.
(Грибова В.В., Тарасов А.В. Гибкие инструментальные средства для разработки пользовательского интерфейса // Приборостроение. 2007. № 3. С. 35-38. ISBN 0021-3454).

Проведены новые исследования в области задач равновесного программирования на основе теории вариационных и вариационно-подобных неравенств, разработке методов решения и реализации алгоритмов, в том числе параллельных, на многопроцессорных системах. Работы планируется использовать для решения практических задач транспортного равновесия, задач планирования и развития транспортных и других коммуникационных сетей. Разработан, теоретически обоснован и экспериментально проверен метод локальных выпуклых мажорант для решения вариационных и вариационно-подобных неравенств. Проведено моделирование транспортной сети г. Владивостока на основе теории потокового равновесия.
(Нурминский Е.А., Шамрай Н.Б., Лютаев Д.А. Транспортные проблемы больших городов и некоторые вопросы их математического моделирования на примере г. Владивостока // Научные доклады: независимый экономический анализ. Приоритеты Приморья: интеграция и конкурентоспособность / Московский общественный научный фонд. 2007. Вып. 198. С. 154-167).

Идентифицированы структурные свойства онтологий: выделены классы структурных свойств онтологий; для каждого класса определены графовые модели, обеспечивающие однозначное определение измеряемых свойств этого класса; сформированы однозначные определения свойств каждого класса в терминах соответствующей модели. Выделенные классы структурных свойств онтологий позволяют значительно расширить возможности объективного оценивания и охватывают более широкий спектр внутренних свойств онтологий, применимый к исследованию, анализу и оцениванию не только онтологий, но и других информационных ресурсов, в частности, баз знаний, баз данных, искусственных языков.
(Клещев А.С., Шалфеева Е.А. Принципы организации каталога свойств онтологий // Научно-техническая информация, сер. 2. 2007. № 6. С. 7-15. ISSN 0548-0027;
Клещев А.С., Шалфеева Е.А. Определение структурных свойств онтологий // Известия РАН. Теория и системы управления. ISSN 0022-3388. В печати).

Разработаны методы оценивания структурных свойств онтологий, редактируемых и сохраняемых компьютерным банком знаний: размеченные графы используются для построения внутренних моделей онтологий компьютерного банка знаний, которые отражают полезные структурные свойства онтологии. Графовые модели из группы синтаксических и стандартных связей выявлены как наиболее пригодные для оценивания онтологий компьютерного банка знаний. Представленные методы делают оценивание "прозрачным" для понимания разными пользователями компьютерного банка, так как явно представлено определение каждой графовой модели онтологии и точно описан способ вычисления значения свойства в терминах этой модели.
(Шалфеева Е.А. Методы оценивания структуры связей онтологий различных уровней общности // Искусственный интеллект. 2007. Т. 4. С. 11-19. ISSN 1561-5359;
Шалфеева Е.А. Некоторые результаты экспериментального исследования свойств реальных онтологий // Материалы Всероссийской конференции с международным участием "Знания-Онтологии-Теории" (ЗОНТ-07), 14-16 сентября 2007, Новосибирск, Россия. Новосибирск: Институт математики. 2007. В 2 т. Т. 1. С. 147-158. ISSN 0568-661X).

Разработан макет инструментального средства для генерации диалога, основанного на графических статических и динамических сценах. Инструментальное средство позволяет описать графическую сцену и автоматически сгенерировать по ней исполнимый код интерфейса. Разработчик полностью освобождается от написания кода интерфейса, что значительно снижает трудоемкость разработки и сопровождения интерфейса. Инструментальное средство является проблемно-независимым.
(Грибова В.В., Сова С.Ю. Разработка и автоматическая генерация диалогов, основанных на графических сценах // Труды Второй международной конференции "Системный анализ и информационные технологии" САИТ-2007, 10-14 сентября, 2007, Обнинск, Россия. 2007. В 2 т. Т. 1. С. 119-122. ISBN 978-5-382-00437-2;
Грибова В.В., Кириллов Д.Ю. Модель онтологии динамических сцен на плоскости и ее использование // Материалы Всероссийской конференции с международным участием "Знания-Онтологии-Теории" (ЗОНТ-07), 14-16 сентября 2007, Новосибирск, Россия. 2007. В 2 т. Т. 1. С. 139-146. ISSN 0568-661X).

Разработана методика и обеспечивающие ее алгоритмы расчета калибровки фотоизображений и сопоставления линий на видах применительно к сценам городской обстановки в рамках решения задачи реконструкции полигональных объектов. Методика основывается на вычислении точек схода и применении нелинейной оптимизации для определения матриц преобразования. Задача сопоставления линий решается с применением эпиполярных ограничений, трифокальной геометрии и процедур корреляционного сравнения растровых фрагментов изображений.
(Бобков В.А., Роньшин Ю.И., Кудряшов.А.П. Идентификация линий по некалиброванным видам городской обстановки // Информационные технологии и вычислительные системы. 2007. № 1. С. 63-71).

Разработана серверная версия специализированного банка знаний по химии, содержащая специализированный трехуровневый редактор онтологий и знаний данной области и системы решения классов задач нахождения путей синтеза органических соединений при различных условиях на синтез.
(Артемьева И.Л., Рештаненко Н.В. Специализированный трехуровневый редактор метаонтологий, онтологий и знаний для компьютерного банка знаний по химии // Искусственный интеллект. 2007. Т. 3. С. 40-47. ISSN 1561-5359;
Артемьева И.Л., Рештаненко Н.В. Разработка интеллектуальных Интернет-систем на основе многоуровневых онтологий // Труды Второй международной конференции "Системный анализ и информационные технологии" САИТ-2007, 10-14 сентября, 2007, Обнинск, Россия. 2007. В 2 т. Т. 1. С. 96-99. ISBN 978-5-382-00437-2).

Для специализированного банка знаний по медицинской диагностике в рамках проекта Многоцелевого банка знаний разработаны три модели онтологии: модель онтологии знаний о наблюдениях, модель онтологии знаний о заболеваниях, модель онтологии данных историй болезней. По этим моделям автоматически с помощью средств Многоцелевого банка знаний сгенерированы соответствующие им три базы и к каждой из них - редактор. С помощью редактора была наполнена информацией база наблюдений в области офтальмологии. Реализован оптимизированный параллельный алгоритм медицинской диагностики и проведено экспериментальное исследование его производительности при работе на кластере.
(Клещев А.С., Черняховская М.Ю., Москаленко Ф.М. Концепция компьютерного банка знаний по медицинской диагностике // Proceedings of XIII-th Conference "Knowledge-Dialogue-Solutions", June 18-24, 2007, Varna (Bulgaria). 2007. Vol. 2. P. 365-373. ISSN: 1313-0087 (paperback); 1313-1176 (CD); 1313-1206 (online). FSBN Vol2: 978-954-16-2010-6 (paperback); 978-954-16-2011-3 (CD); 978-954-16-2012-0 (online);
Kleschev, A.S., Chernyakhovskaya M.Yu., Moskalenko F.M. A metaontology for medical diagnostics of acute diseases. Part 1. An informal description and definitions of basic terms. Part 2. A formal description of cause-and-effect relations. Part 3. A formal description of the causes of signs' values and of diseases // International Journal Information Theories & Applications. ISSN 1310-0513 (printed); 1313-0463 (online); 1313-0498 (CD/DVD). В печати).

Сформирована база наблюдений в области эндокринологии в банке медицинских знаний. В базах наблюдений представлен и формализован широкий спектр знаний традиционной медицинской практики, используемых для диагностики различных заболеваний. Разработка баз наблюдений для банка медицинских знаний необходима для создания единой концептуальной основы при формировании баз знаний о заболеваниях и архива историй болезни.
(Морозова А.М., Черняховская М.Ю., Шапкина Л.А. Схема истории болезни (эндокринологического больного) // Владивосток: ИАПУ ДВО РАН. 2007. 24 с.;
Грибова В.В., Тарасов А.В., Черняховская М.Ю. Система интеллектуальной поддержки обследования больных, управляемая онтологией // Программные продукты и системы. 2007. № 2. С. 49-51).

Разработана онтология каталитических процессов и ее математическая модель. Онтология содержит термины и знания, используемые при описании прохождения таких процессов, в том числе может быть определена последовательность соединений каждого шага процесса, последовательность фаз, последовательность реакций или последовательность реакций и фаз.
(Артемьева И.Л., Высоцкий В.И., Рештаненко Н.В. Описание пространственного расположения атомов, ионного и электронного строения соединений в модели онтологии химии // Информатика и системы управления. 2007. № 1(13). С. 98-108. ISSN 1814-2400;
Артемьева И.Л., Высоцкий В.И., Рештаненко Н.В. Описание механизмов реакций в модели онтологии химии // Информатика и системы управления. 2007. № 1(13). С. 109-117. ISSN 1814-2400).

Рассмотрена одна из постановок задач энтропийного моделирования, используемая при пространственном планировании развития региона и анализе перспективных городских агломераций. Сформулирована задача нелинейного программирования, которая является редукцией многорегиональной межотраслевой модели. Проведены численные эксперименты для районов Приморского края с использованием реальных статистических данных. На основе кластерного анализа построена иерархическая дендрограмма межрайонных связей. Показаны блочность структуры ограничений рассматриваемой экстремальной задачи и возможные подходы к эффективной декомпозиции задачи для случая большой размерности матрицы ограничений.
(Величко А.С. О минимальном наборе отсечений для алгоритма прямо-двойственной декомпозиции // Информационный бюллетень ассоциации математического программирования / УРО РАН. Екатеринбург. 2007. № 11. C. 23-24;
Величко А.С. Моделирование межрайонных торговых связей // Информатика и системы управления. 2008. № 1. В печати).

Предложено решение задачи оптимального сбора урожая в распределенных моделях биологических сообществ. Получено модельное обоснование связи между сложностью биологического сообщества и его устойчивостью по отношению к сбору урожая. Модели позволяют оценивать изменения характеристик популяции и режима сбора урожая при изменениях климата. Разработаны (совместно с ТИНРО-центром, Владивосток) эффективные средства модельного анализа рыбного промысла.
(Абакумов А.И., Бочаров Л.Н., Каредин Е.П., Решетняк Т.М. Вопросы рыболовства. 2007. Т. 8, № 1(29). С. 93-109;
Гиричева Е.Е., Абакумов А.И. Сложность биологических систем и сбор урожая // Информатика и системы управления. 2007. № 2 (14). С. 11-19).

Проведен теоретический анализ эволюционно-генетических последствий промысла для популяции и дана оценка эффективности различных стратегий оптимального промысла.
(Жданова О.Л., Колбина Е.А., Фрисман Е.Я. // ДАН. 2007. Т. 412, № 4. С. 564-567).

Завершено моделирование демографической динамики населения в регионе во взаимосвязи с хозяйственной деятельностью. Рассчитаны варианты оптимального распределения доходов между различными слоями населения с учетом основных критериев целесообразности.
(Abakumov A.I., Giricheva E.E. Mathematical model of optimum distribution of population incomes // Communication in Applied Analysis. USA: Dynamic Publishers. 2007. V. 11, № 2. Р. 269-283).