Сборник, посвященный 20-летию Физико-технологического института РАН, включает в себя статьи по актуальным проблемам микро- и наноэлектроники, микро- и наноэлектромеханики и твердотельных квантовых компьютеров. Рассмотрены перспективы реализации полномасштабных квантовых компьютеров на ионных ловушках в твердотельных структурах, проанализирован перенос электрона в одномерных многоямных структурах. Особое внимание уделено важнейшим вопросам физики и моделирования нанотранзисторов (кремниевые в ультратонком кремнии на изоляторе, туннельные, с графеновым каналом и др.). Исследованы межподзонные оптические переходы в структурах с разрывом запрещенной зоны. Представлены статьи по моделированию электромиграционного разрушения тонкопленочных проводников, прочности границы соединенных материалов в зависимости от их микроструктуры и содержания точечных дефектов, моделированию каналов нейтрализации источников пучков быстрых нейтралов, дается обзор плазменных процессов в технологии МЭМС. Для специалистов в области микро- и наноэлектроники.

Описание многоуровневого поведения порошковых смесей как гетерогенных сред при спекании является единственным подходом, позволяющим понять закономерности объемных изменений двухкомпонентного порошкового тела в результате высокотемпературного нагрева. В рамках существующих моделей вопрос о роли гетеродиффузии в процессах роста и усадки порошковых тел при спекании остается открытым. Поэтому очень важно правильно построить физическую модель, которая, с одной стороны, должна в максимальной степени отражать реальную структуру спекаемого тела, а с другой - адекватно описывать закономерности его поведения при спекании. Рассмотрена построенная на мезоскопическом уровне многочастичная модель порошкового тела из бинарной смеси, которая также учитывает особенности диффузионных процессов на микроуровне. Качественно модель верно описывает характер наблюдаемых концентрационных зависимостей величины усадки порошковых тел при твердофазном спекании, а при жидкофазном спекании - не только качественно, но и количественно.

На основе многоуровневого исследования эволюции пластического течения в шейке образцов показана физическая природа различия механизмов их разрушения. Экспериментально и численным методом обосновывается принципиально важная роль локальных зон гидростатического растяжения в возникновении микропор, трещин и развитии разрушения.

В работе рассмотрено влияние анизотропии упругих и прочностных характеристик материала преграды на результаты численного моделирования ударного нагружения стальным деформируемым ударником. Расчеты выполнены методом конечных элементов в трехмерной постановке. Проведено сравнение результатов расчетов деформирования и разрушения ортотропных материалов и изотропного материала с изотропными свойствами при различных скоростях ударного нагружения. Показано, что усреднение упругих и прочностных свойств анизотропного композиционного материала приводит к уменьшению объема разрушенного материала при растяжении и сжатии по сравнению с объемами разрушения при учете анизотропных свойств.

В работе рассматривается задача ударного нагружения анизотропных алюминиевых преград изотропным стальным ударником при скоростях нагружения 200 м/с, 300 м/с и 600 м/с. Исследуется влияние учета анизотропии упругих, пластических и прочностных характеристик материала преграды на изменение волновой картины ее напряженного состояния. Задача решается численно методом конечных элементов в трехмерной постановке. Деформирование стального изотропного ударника происходит согласно модели упругопластического течения Прандтля-Рейсса. деформация анизотропного материала преграды рассчитывается по обобщенному закону Гука в области упругой деформации, на основе теории течения - в области пластической деформации. В качестве критерия разрушения анизотропного материала преграды используется критерий разрушения Мизеса-Хилла. Численным моделированием процесса деформации преграды из алюминиевого сплава Д16Т показано влияние учета сниженных механических свойств преграды по толщине по сравнению с прочностными характеристиками в плоскости проката.

Авторы разработали методы эволюционного и модуляционных уравнений для исследований распространения и устойчивости линейных и нелинейных волн в сплошных средах со сложной структурой. Рассматриваются среды: твердая с полостями, дисперсная предварительно деформированная, твердая с порами, заполненными электропроводящей и неэлектропроводящей жидкостью, магнитоупругая, пьезополупроводники, кристаллы с дислокациями, композиты с включениями, электропроводящая несимметричная жидкость, смесь газа с капельной жидкостью. Рассмотрено распространение лазерного луча через двухуровневую среду. Показано существование солитонообразных волн, найдены условия устойчивости волн. Изучены пучки, условия их фокусирования, самофокусирования (дефокусирования), условия модуляции или самомодуляции волн, другие эффекты. Рассмотрены резонаторы и интерферометры различных типов. В линейной постановке исследовано отражение волны от шероховатой поверхности. Для научных и инженерно-технических работников, студентов и аспирантов, специализирующихся в области механики сплошных сред, физической акустики, физики конденсированного состояния. Отдельные главы могут оказаться полезными сейсмологам, геофизикам, метеорологам и специалистам по физике Земли, сейсмостойкому строительству, акустоэлектронике.

В монографии представлены результаты комплексных экспериментальных исследований и технологических разработок, связанных с использованием высокоэффективного метода создания слоистых композиционных материалов сваркой взрывом. На примере слоистых композиций и конструкций из биметаллов медь-сталь и алюминий-сталь с детальным изучением силовых и тепловых воздействий, имитирующих условия эксплуатации электротермического оборудования, демонстрируются возможности изготовления составных и комбинированных узлов из разнородных металлов, способных работать в условиях воздействия силовых нагрузок, высоких температур и агрессивных сред. для исследователей, занимающихся созданием новых материалов. а также для материаловедов, технологов и конструкторов. работающих в различных областях машиностроения.

Представлена математическая модель химического превращения в твердой фазе в условиях одноосного механического нагружения с учетом связности полей деформации и температуры и зависимости скорости химической реакции от работы сил деформации. Проведено параметрическое исследование модели. Показано, что возникающие в ходе превращения напряжения и деформации оказывают существенное влияние на динамику процесса.

Предложена двумерная модель синтеза покрытия в условиях электронно-лучевой обработки. Представлены результаты численного исследования модели, иллюстрирующие роль технологических параметров в режимах превращения. Показано, что степень превращения и состав покрытия существенно зависят от режима обработки.

В работе исследуется влияние нелинейных эффектов поверхностной неравновесной активации и внутренних механических напряжений, наблюдаемых в процессах электронно-лучевой модификации TiNi-сплавов, на диффузию кислорода из адсорбционного слоя вглубь материала. Предложенная математическая модель включает уравнения теплопроводности, диффузии и кинетики с соответствующими импульсной электронно-лучевой обработке начальными и граничными условиями. Приводятся оценки кинетических параметров. Рассчитываются распределения температуры, концентрации и напряжений по пространству и времени для широкой области изменения параметров. Определяется глубина зон прогрева и диффузии, проводится сравнение результатов с учетом активации и без нее.

Монография посвящена вычислительным технологиями решения задач оптимизации динамических систем. Предложен единый подход к решению различных типов задач, рассмотрены мультиметодные технологии и дан набор оригинальных алгоритмов оптимизации. описаны различные методики оценки качества алгоритмов и программных средств, методики верификации всех этапов решения. Приведены алгоритмы исследования нелокальных свойств задач оптимального управления - аппроксимации множества достижимости и поиска глобального экстремума функционала. Представлен ряд разработанных автором программных комплексов, реализованных для различных вычислительных платформ. Книга предназначена для специалистов по математическому моделированию и оптимизации управляемых систем.

Проведены исследования элементного состава и микротвердости поверхностного слоя образцов инструментальных сталей с карбидным упрочнением после восстановительной термообработки и последующей имплантации ионов Ti в различных режимах. Исследования износостойкости выполнены на пуансонах, служащих для холодного выдавливания корпусов веловтулок. Установлена корреляция между характером изменения элементного состава и служебными характеристиками изделий в зависимости от режимов имплантации.

В работе рассмотрены вопросы изменения климата в Малый ледниковый период (1550-1850 гг.). Ход природных процессов реконструирован по свидетельствам очевидцев, зафиксированных в исторических документах, косвенным показателям (изотопным, спорово-пыльцевым, дендрологическим, гляциологическим данным), что позволяет использовать МЛП как природную модель условий прошлых и будущих изменений природы планеты в условиях похолодания.

На основе компьютерного моделирования рассмотрен налет двух частиц на тонкую пластину. Исследовалось влияние возбуждаемых в результате соударения волн на взаимодействие частиц с поверхностью. Показано, что волновые возбуждения в пластине приводят к существенному динамическому изменению поверхностного отклика. проанализировано распределение повреждений и пластической деформации, генерируемых в результате соударений, обнаружена корреляция этого распределения со структурой волны.

Представлен новый подход к моделированию поведения гетерогенных сред, в котором исследуемый объект представляется состоящим из областей двух типов, описываемых в рамках дискретного и континуального подходов соответственно. данный подход является перспективным для решения задач численного исследования поведения сложных сред с сильными различиями физико-математических свойств. Возможности такого подхода исследованы на примере задач о распространении упругих волн. Дискретная часть среды моделировалась методом подвижных клеточных автоматов, континуальная - конечно-разностным методом решения системы уравнений механики сплошной среды. результаты расчетов показали, что предложенный подход позволяет адекватно описывать распространение упругих волн в сложных средах, а на границе их совмещения не происходит каких-либо нефизичных искажений.

Исследована возможность нанофрагментации материала в приповерхностных слоях на начальных стадиях процесса релаксации. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики.. Показано, что на начальном этапе процесса релаксации возможно формирование разориентированных наноблоков. Фрагментированная структура формируется в области локализованной деформации вблизи концентраторов напряжений и распространяется вглубь материала. Показано, что в области локализации деформации функция радиального распределения атомной плотности имеет вид размытых пиков, соответствующих пикам идеальной гранецентрированной кристаллической (ГЦК) структуры, а в области кристаллита, где локализация деформации не наблюдается, происходит расщепление пиков ГЦК-структуры, обусловленной деформационным нарушением симметрии. Полученные результаты дают возможность утверждать, что возможным механизмом релаксации внутренних напряжений в постнагруженных твердых телах является эффект нанофрагментации материала.

Исследуется роль поверхностного слоя в развитии пластической деформации на наноструктурном уровне в условиях динамического нагружения. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики. Показано, что начало процесса локализации деформации непосредственно связано с потерей структурной устойчивости в поверхностных слоях, формированием зон локализации на поверхности и их распространением вглубь материала. Этому предшествуют рассогласованные смещения атомов в приповерхностных областях. Полученные результаты согласуются с известными экспериментальными данными и наглядно подтверждают особую роль поверхностного слоя в формировании и развитии процессов пластической деформации материалов.

На основе динамических уравнений континуальной теории дефектов получены соотношения, определяющие законы отражения и преломления плоской волны поля дефектов на границе раздела двух вязкопластичных сред. Определены коэффициенты отражения и преломления, связывающие амплитуды отраженной и преломленной волн с амплитудой падающей волны. на основе полученных выражений рассмотрен частный случай сред со слабо затухающими волнами.

На основе дискретного моделирования исследованы особенности деформирования и разрушения материалов с большой долей границ раздела ("interfacial materials") при воздействии сложных знакопеременных нагрузок. анализировалось влияние частоты циклического воздействия на характер разрушения образцов, их деформируемость, способность диссипировать закачиваемую энергию, а также на распределение деформаций деформаций в объеме материала. Показано, что высокочастотные вибрационные воздействия с частотами, значительно превосходящими собственные, могут значительно повышать деформационную способность материалов с большой долей границ раздела.

На основе динамических уравнений континуальной теории дефектов исследована структура волн поля дефектов, характеризуемого тензором плотности и тензором плотности поля дефектов, в вязкопластической среде. получены соотношения, определяющие закономерности прохождения волн поля дефектов через границу раздела двух сред. Рассмотрены частные случаи сред с сильно- и слабозатухающими волнами.

Сборник содержит оригинальные статьи по математическим моделям и численному анализу алгоритмов, решение конкретных задач теории упругости и пластичности. работ были доложены на VII Всесоюзной конференции по численным методам решения задач теории упругости и пластичности, которая состоялась в г. Миассе, 1-3 июля 1981 г.

В монографии приведены краткие сведения о химических, термодинамических, физических свойствах гидроксиламина (ГА) и гидразина (ГН). В связи с промышленным производством ГА и ГН и их широким использованием в народном хозяйстве освещены вопросы токсикологии этих соединений. Рассматриваются вопросы круговорота азота в гидроэкосистемах. Существенное внимание обращается на широкомасштабные природные процессы азотфиксации, нитрификации, денитрификации, приводящие к образованию ГА и ГН. Подробно освещаются вопросы пространственного и сезонного распределения ГА и ГН в водоемах различной степени трофии - озерах, водохранилищах, океанах. Книга может быть полезной экологам, гидрохимикам, гидробиологам.

Учебное руководство создано известными специалистами из Кембриджского университета. Подробно рассмотрены механические свойства и микроструктуры металлов и сплавов, полимеров, керамик и композитов. Особое внимание уделено характеристикам прочности для различных режимов нагружения, коррозионной стойкости и процессам обработки. На многочисленных примерах дается обоснование инженерных расчетов, необходимых для конструирования в самом широком спектре применений. Учебник является незаменимым источником для инженеров-проектировщиков в промышленности и строительстве по всем направлениям материаловедения и не имеет аналогов в мировой литературе. Для студентов и преподавателей материаловедческих, машиностроительных и общетехнических факультетов, разработчиков, конструкторов и технологов.

В настоящей книге содержится концепция о системной организации соединений химических элементов в почвах, сформулированная на примере соединений микроэлементов, и результаты экспериментальных исследований — основа и подтверждение этой концепции. Описаны природные процессы различных уровней иерархической организации, которые объединяют воедино соединения микроэлементов почвы и обусловливают устойчивость почвы к химическому воздействию. Описаны механизмы связи соединений химических элементов почвы и сопредельных сред, которые обеспечивают выполнение почвой ее экологических функций и положены в основу теории и методологии экологического почвенно-химического мониторинга. Книга предназначена почвоведам, экологам, геохимикам, студентам и аспирантам соответствующих специальностей.

На основе динамических уравнений континуальной теории дефектов проведен анализ потоков энергии поля дефектов через границу раздела двух вязкопластических сред. Получены соотношения, определяющие отражательную и пропускательную способности границ раздела, которые показывают, какая доля энергии падающей волны дефектов уносится отраженной волной и какая переносится преломленной во вторую среду. Рассчитаны и проанализированы зависимости коэффициентов преломления от угла падения первичной волны.

Данная работа посвящена анализу результатов, полученных при изучении механизмов инициации смещений в зонах сейсмоопасных разломов. Режим диссипации накопленной энергии недр связан с трещиноватостью, зонами активных разломов и прежде всего со смещениями в них. В работе рассматриваются результаты изучения в активном режиме смещений в разломе на полигоне в п.Листвянка, а также результаты компьютерного моделирования с использованием метода подвижных клеточных автоматов. Цель исследований - выяснение индивидуального и совместного влияния таких факторов, как водонасыщение зон разломов и вибрационное воздействие. Полученные результаты позволяют составить достаточно полное представление о значительной роли этих факторов в стимуляции смещений по разлому в режиме сдвиговой ползучести. Показано, что при увеличении содержания водных растворов в зоне разлома и соответствующем вибрационным воздействии на нее в последней проявляется относительно плавный режим сдвиговой ползучести без мощных сейсмических импульсов.

В работе исследуются процессы деформации и разрушения материала с покрытием при динамическом воздействии на поверхность. Краевая задача механики решается численно методом конечных разностей в постановке плоской деформации. Для описания механической реакции стальной основы и боридного покрытия используются модели упругопластической среды с изотропным упрочнением и упругохрупкого разрушения соответственно. Геометрия границы раздела "покрытие - подложка" соответствует экспериментально наблюдаемой и учитывается в расчетах явно. проведены численные эксперименты для различных скоростей воздействия на поверхность. Показано, что характер разрушения покрытия существенно зависит от скорости деформирования. При низких скоростях динамического сжатия трещины зарождаются только в областях объемного растяжения и распространяются в направлении приложения нагрузки, а при высоких скоростях воздействия разрушение происходит по смешанному механизму и развивается преимущественно в направлении действия максимальных касательных напряжений.