Институт физики микроструктур РАН¶

Институт физики микроструктур РАН (ИФМ РАН) — научно-исследовательское учреждение Российской академии наук, специализирующееся на фундаментальных и прикладных исследованиях в области физики конденсированного состояния, нанотехнологий, физики низких температур, а также создания и исследования микро- и наноструктур. Полное официальное наименование — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт физики микроструктур Российской академии наук». Расположен в Нижнем Новгороде.

¶История

Институт был основан в 1993 году на базе отдела физики микроструктур Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН) и лаборатории физики полупроводников Нижегородского государственного университета. Инициатором создания выступил академик Андрей Викторович Гапонов-Грехов, который стал первым директором института. Основной целью создания ИФМ РАН стала концентрация усилий на исследованиях в области физики низкоразмерных систем, квантовых явлений и технологий создания микроструктур, которые в начале 1990-х годов активно развивались в мире, но требовали специализированной материально-технической базы.

В 1994 году институт получил статус государственного научного центра (ГНЦ) Российской Федерации, что подтверждало его ведущую роль в области физики микроструктур. В 2000-е годы ИФМ РАН активно участвовал в реализации федеральных целевых программ, в том числе по развитию наноиндустрии. В 2013 году, в ходе реформы Российской академии наук, институт был передан под научно-методическое руководство РАН, а его имущество закреплено за Федеральным агентством научных организаций (ФАНО). С 2018 года ИФМ РАН входит в состав Нижегородского научного центра РАН.

¶Научные направления

Основные направления исследований ИФМ РАН охватывают широкий спектр задач от фундаментальной физики до прикладных разработок:

¶Физика конденсированного состояния

• Исследование электронных, магнитных и оптических свойств твердых тел, в том числе в условиях низких температур (до милликельвиновых диапазонов).
• Изучение квантовых фазовых переходов, сверхпроводимости, магнетизма в наноструктурах.
• Разработка теории сильно коррелированных электронных систем.

¶Нанотехнологии и наноматериалы

• Создание и исследование наноструктур на основе кремния, германия, углерода (включая графен и углеродные нанотрубки), а также соединений AIIIBV и AIIBVI.
• Разработка методов молекулярно-лучевой эпитаксии, атомно-слоевого осаждения, электронно-лучевой литографии.
• Изучение плазмонных структур и метаматериалов.

¶Физика низких температур

• Экспериментальные исследования квантовых явлений при температурах ниже 1 К, включая квантовый эффект Холла, дробный квантовый эффект Холла, сверхпроводимость в низкоразмерных системах.
• Разработка криогенной техники, включая рефрижераторы растворения и адсорбционные криостаты.

¶Оптика и спектроскопия

• Исследование оптических свойств микро- и наноструктур методами фотолюминесценции, комбинационного рассеяния, инфракрасной спектроскопии.
• Разработка источников и приемников излучения терагерцового диапазона.

¶Инфраструктура и оборудование

ИФМ РАН располагает уникальной экспериментальной базой, включающей:

• Центр коллективного пользования «Физика микро- и наноструктур» — оснащен оборудованием для молекулярно-лучевой эпитаксии (в том числе установки Riber, Veeco), электронно-лучевой литографии (Raith, JEOL), сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии (Zeiss, FEI), атомно-силовой микроскопии.
• Криогенная лаборатория — включает рефрижераторы растворения с базовыми температурами до 10 мК, сверхпроводящие магниты с полем до 18 Тл, измерительные комплексы для транспортных и магнитных измерений.
• Оптический комплекс — спектрометры для фотолюминесценции и комбинационного рассеяния в широком диапазоне длин волн, включая инфракрасный и терагерцовый диапазоны.
• Чистые комнаты — классы чистоты ISO 5–7, используемые для изготовления микро- и наноструктур.

¶Основные достижения

За время существования института его сотрудниками получены значимые научные результаты:

• Обнаружение и исследование новых квантовых состояний в двумерных электронных системах, в том числе дробного квантового эффекта Холла в графене.
• Разработка методов создания сверхпроводящих нанопроволок на основе ниобия и алюминия.
• Создание высокоэффективных светодиодов и лазеров на основе квантовых точек InAs/GaAs.
• Демонстрация плазмонного усиления фотолюминесценции в наноструктурах.
• Разработка криогенных микроскопов для исследования наноматериалов при сверхнизких температурах.

¶Образовательная деятельность

ИФМ РАН активно участвует в подготовке научных кадров. На базе института действуют:

• Базовая кафедра «Физика микро- и наноструктур» Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского (ННГУ).
• Аспирантура по специальностям «Физика конденсированного состояния», «Нанотехнологии и наноматериалы».
• Лаборатории для студентов и аспирантов, где они проходят практику и выполняют исследовательские работы.

Ежегодно институт проводит научные школы и конференции, в том числе Всероссийскую конференцию «Физика микроструктур» и зимнюю школу «Квантовые явления в наноструктурах».

¶Международное сотрудничество

ИФМ РАН поддерживает научные связи с ведущими зарубежными центрами, включая Институт Макса Планка (Германия), Университет Кембриджа (Великобритания), Национальный институт материаловедения (Япония), а также участвует в совместных проектах по программам РФФИ, РНФ и международных фондов. В рамках сотрудничества проводятся обмены учеными, совместные эксперименты на уникальных установках (например, на синхротронах ESRF и DESY).

¶Критика и проблемы

Как и многие научные институты РАН, ИФМ сталкивается с рядом проблем:

• Недостаточное финансирование — несмотря на статус ГНЦ, бюджетное финансирование не всегда покрывает потребности в обновлении дорогостоящего оборудования (например, литографов и эпитаксиальных установок).
• Износ инфраструктуры — часть оборудования, приобретенного в 1990-е годы, требует модернизации или замены.
• Кадровый вопрос — отток молодых ученых в коммерческие структуры и за рубеж, хотя институт сохраняет устойчивый контингент исследователей старшего поколения.
• Бюрократические сложности — связанные с отчетностью и администрированием в рамках системы ФАНО и РАН.

Тем не менее, ИФМ РАН остается одним из ведущих научных центров России в области физики микро- и наноструктур, продолжая публиковать результаты в высокорейтинговых международных журналах (Physical Review Letters, Nature Communications, Nano Letters и др.).

¶Источники

• Официальный сайт Института физики микроструктур РАН (ipmras.ru)
• Устав ИФМ РАН (утвержден в 2018 г.)
• Отчеты о научной деятельности ИФМ РАН за 2019–2023 гг.
• Гапонов-Грехов А. В. «Институт физики микроструктур: история и перспективы» // Вестник РАН, 2003, № 5.
• Материалы конференций «Физика микроструктур» (Нижний Новгород, 1995–2023).
• Данные из базы Scopus (публикации сотрудников ИФМ РАН).