Научные направления деятельности членов Ассоциации достаточно широки и многообразны:

> Нанотехнологии

> Солнечная энергетика

> Искусственные нейросети для решения прикаладных и фундаментальных задач

> Теоретическая физика

           В  последние  десятилетия  стремительно  развиваются  исследования в области  физики  низкоразмерных  структур.  Наноструктурированные материалы  являются объектом растущего интереса для фундаментальной  и  прикладной  науки,  поскольку,  с  уменьшением  характерных  размеров  их  структурных  единиц  до  наноуровня,  они  зачастую приобретают  новые  свойства,  обусловленные  квантово-размерными эффектами  и  возрастающей  ролью  поверхностных  атомов  и  взаимодействий.  Современный  интерес  к  этой  наиболее  динамично развивающейся  области  физики  связан  как  с  принципиально  новыми фундаментальными научными проблемами и физическими явлениями, так и с перспективами создания на основе уже открытых явлений совершенно новых  квантовых  устройств  и  систем  с  широкими  функциональными возможностями  для  опто-  и  наноэлектроники,  измерительной  техники, информационных технологий нового поколения, средств связи.

           Свободный углерод может находиться в различных аллотропных состояниях, образуя большое количество веществ, состоящих только из атомов углерода. Из всего разнообразия чисто углеродных соединений выделяют три основных состояния, которые образуют алмаз  (Sp3 – состояние), графит (Sp2 – состояние) и карбин  (Sp1 – состояние)

          Сотрудниками межвузовской лаборатории Московского и Чувашского государственного университета осуществлен синтез пленки на 99% состоящей из углерода в Sp1 состоянии. Углерод в Sp1 состоянии синтезируется в виде одномерных поликумуленовых цепей расположенных перпендикулярно подложке. Цепочки объедены силами Ван-дер-Ваальса в гексагональную структуру с расстояниями между ними в 5 Å. Механическую устойчивость цепочек обеспечивает σ- связь, а электрические свойства π- связь, электроны которой делокализованы по всей цепи. Данная структура определяет электрическую анизотропию пленок. Вдоль цепочек проводимость пленки металлическая, поперек пленка представляет собой диэлектрик. Условия синтеза и свойства такой пленки представлены в работах. Вместо термина пленка β – карбина в тексте используется термин пленка линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ).

- На базе межвузовской лаборатории (Чувашского и Московского госуниверситетов) высоких технологий  (научный руководитель коллектива к.т.н., профессор Кочаков В.Д.) разработан и осуществлен синтез многопленочных систем методом термической обработки в разраженной атмосфере Использовались многослойные пленки линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ) и пленок Li, Na, Ni, Ti, Cd, Te. Получение пленок ЛЦУ осуществлось методом ионно-плазменного ионно-стимулированного осаждения. Легирование осуществлялось методом одновременного встраивания кластеров металла (терморезистивное испарение, ячейка Кнудсена) в синтезируемый ЛЦУ. Для получения интеркалированных материалов был использован метод модификации предварительно полученных многослойных материалов путем термической обработки в разраженной атмосфере.  По итогам работ получены следующие результаты:

- Предложены и отработаны технические условия синтеза  металлосодержащих углеродных материалов. В ходе синтеза отработаны методы легирования и интеркалирования пленок ЛЦУ для многослойных материалов.

- Проведены исследования структуры и свойств полученных новых углеродсодержащих пленочных материалов на сканирующем микроскопе в режимах AFM и STM; на просвечивающем электронном микроскопе Jem-2100; на растровом электронном микроскопе Qvanta 3D; на спектрофотометре Lambda -25, на Фурье ИК спектрометре ФСМ 1202. Для установления качественного и количественного элементного состава применен  метод  рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии РФЭС на приборе LAS – 3000 ( “Riber”). Проведены измерения вольт – амперных характеристик.

- В ходе проведенных исследований установлено, что основным фактором, влияющим на физико-химические свойства полученных пленочных металлоуглеродных материалов на основе ЛЦУ является образование бинарных соединений. Образование данных систем, как было указано, обуславливает обнаруженные изменения оптических и электрических свойств наноструктурированных углеродных материалов.

- Проведенные исследования показали, что разработанные методы синтеза новых углеродных материалов позволяют получать структуры, обладающие потенциально полезными свойствами. Созданы новые материалы, которые являются перспективными элементами для кремний-углеродной гибридной электроники. На основе пленок титана,  никеля, кадмия, теллура и углеродных структур созданы отдельные наноструктурированные материалы для активной и неактивной электроники.

- Выбранные методы позволили охарактеризовать структурные, оптические, электрофизические, химические особенности наноструктурированных материалов полученных легированием и интеркалированием углеродных структур (ta-C и пленочный высокоориентированный sp¹-углерод) атомами группы металлов: Ni, Ti, Cd, Te.

Краткие итоги:

- Cинтезированы серии многопленочных металлоуглеродных структур обладающих фотоактивностью. Изучены их свойства. Среди них выделена группа многослойных систем на кремневой подложке содержащих Cd, Ag обладающая наиболее выраженным нелинейным фотосопротивлением.

- Разработаны подходы к синтезу и исследованы характеристики материалов с заданным типом проводимости и способы варьирования их основных электрофизических констант. В качестве области их возможного применения предложена гибридная (кремний-углеродная) электроника.

- Выделена группа структур, обладающая рядом потенциально полезных свойств (плазмонный резонанс, термосопротивления, сенсоры влажности, материалы с позисторной характеристикой), обусловленных их структурой.

      Научной группой, созданной профессором, д. ф-м. наук Филипповым Г.М.  при ЧГПУ им. И. Я. Яковлева (по специальности  01.04.02- «теоретическая физика») осуществляются следующие направления исследований:

·       теория конденсированного состояния классических и квантовых, макроскопических и микроскопических систем, изучение различных состояний вещества и физических явлений в них

·       физика ориентационных явлений при движении заряженных частиц в кристаллах

·       молекулярно-динамическое моделирование и квантово-химические расчеты

·       математические модели  физических процессов и численные методы решения сопутствующих задач

Группа принимает участие в конференциях, проводимых по основным направлениям исследований:

·       международной Тулиновской конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (ФЗВЧК), МГУ им. М. В. Ломоносова

·       взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП)

·       Математика. Компьютер. Образование. г. Дубна – Пущино

Научные школы по:

·       физике конденсированного состояния (г. Санкт-Петербург)

·       физике поверхности

В течение года участие в различных конференциях России и Зарубежья.

Аспиранты и студенты, участвующие в семинарах ЧГПУ им. И. Я. Яковлева активно работают со школьниками (Конференции Exсelsior, внутренние конференции в МОУ Лицее № 3, Лицее № 2), студентами (Конференция Юность Большой Волги). Аспиранты готовят школьников и студентов к научно-практическим конференциям проводимым в вузах республики, олимпиадам Всероссийского уровня (олимпиады портала «Нанометр», олимпиады по Астрономии).