Кафедра вычислительной физики КФУ

Кафедра вычислительной физики Казанского федерального университета занимается подготовкой кадров, специализирующихся на современных вычислительных методах, программных комплексах, информационных технологиях, и владеющих навыками работы с высокопроизводительными расчетными ресурсами, в частности с вычислительным кластером Казанского федерального университета^[4]. На кафедре вычислительной физики КФУ студенты могут приобрести навыки работы с новейшими компьютерными технологиями применительно к физическим исследованиям, а также опыт применения полученных знаний как при решении актуальных научно-исследовательских физических задач, так и в образовательном процессе.

Профессорско-преподавательский состав кафедры вычислительной физики представлен докторами и кандидатами наук, которыми и под руководством которых было выполнено множество научно-исследовательских работ, по результатам которых имеются публикации в ведущих российских и международных изданиях^{[5][6][7][8][9][10]}. Сотрудники кафедры вычислительной физики КФУ являются авторами монографий^{[11][12][13][14][15]} и книг^[16][17], посвященных термодинамике, статистической физике и физике конденсированного состояния, которые применяются в качестве учебных пособий для студентов физико-технических специальностей.

Порядок и условия деятельности кафедры определяются Положением о кафедре вычислительной физики Института физики КФУ^[18].

История кафедры^[2][3] берет свое начало в далеком 1959 году и неразрывно связана с именем выдающегося физика Валиева Камиля Ахметовича^[19], доктора физико-математических наук, профессора, действительного члена Академии наук СССР, действительного члена Академии наук Республики Татарстан, лауреата Ленинской премии и лауреата международной премии Е. К. Завойского^[20]. После окончания аспирантуры в Казанском государственном университете (КГУ) в 1957 году, К. А. Валиев начал работать в Казанском государственном педагогическом институте (КГПИ), где защитил кандидатскую диссертацию. В короткие сроки пройдя путь от старшего преподавателя до заведующего кафедрой физики, на посту которого пробыл с 1959 г. по 1964 г., К. А. Валиев создал новую научную школу, которая, как часть казанской научной школы магнитно-резонансных исследований, сосредоточилась на изучении проблем жидкого вещества методами магнитного резонанса и оптической спектроскопии. Научная и организационная деятельность К. А. Валиева была отмечена правительственными наградами: двумя орденами трудового Красного знамени (1971, 1981), орденом Октябрьской революции (1988), орденами «За заслуги перед Отечеством» IV степени (1999) и I степени (2005).

С 1984 г. по 2009 г. кафедрой теоретической физики ТГГПУ, которая является предшественницей кафедры вычислительной физики КФУ, заведовал один из наиболее выдающихся учеников К. А. Валиева — Юльметьев Ренат Музипович^[21], доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации (2003), почетный профессор Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета (2010).

В 2009 г. заведующим кафедрой кафедрой теоретической физики ТГГПУ становится доктор физико-математических наук, эксперт РАН, эксперт Министерства науки и высшего образования РФ Мокшин Анатолий Васильевич.

Официальная дата образования кафедры — 1 июля 2011 года. По итогам заседания Учёного Совета Татарского государственного гуманитарно-педагогического университета было принято решение переименовать кафедру теоретической физики в кафедру вычислительной физики и моделирования физических процессов ^[1]. За время существования кафедры на ней работали такие учёные, как А.А. Нефедьев, А.И. Нефедьева, М.М. Зарипов, В.Р. Нагибаров.

На момент создания кафедры (2011 г.)^[1], в России существовала лишь одна кафедра вычислительной физики Санкт-Петербургского университета (организована в 1984 году академиком С.П. Меркурьевым). В эпоху так называемой «новой России после 1991 г.» кафедра является первой созданной кафедрой вычислительной физики. Вскоре, в отечественных университетах стали организовываться подобные кафедры, например, в МИФИ, МФТИ, ЮФУ и т.д.

В настоящий момент профессорско-преподавательский состав кафедры вычислительной физики полностью представлен исследователями, имеющими учёные степени кандидатов и докторов наук. Преподаватели кафедры являются участниками Ученого Совета, диссертационных советов и комиссий Института физики КФУ.

• Мокшин Анатолий Васильевич — заведующий, доктор физико-математических наук, профессор. Преподаваемые дисциплины: Квантовая механика, Физика твердого тела, Математические методы физики конденсированных сред, Физика жидкого состояния, Современная физика.
• Нефедьев Юрий Анатольевич — доктор физико-математических наук, доцент. Преподаваемые дисциплины: Астрономия, Нелинейная спектроскопия, Менеджмент научного проекта, Концепции современного естествознания.
• Хуснутдинов Рамиль Миннегаязович — кандидат физико-математических наук, доцент. Преподаваемые дисциплины: Классическая механика и СТО, Электродинамика, Физика атомного ядра, Введение в нанотехнологии, Информационные технологии инноваций, Языки и методы программирования.
• Галимзянов Булат Наилевич — кандидат физико-математических наук, доцент. Преподаваемые дисциплины: Компьютерное моделирование, Компьютерный дизайн, Дизайн, Компьютерное моделирование процессов.
• Демин Сергей Анатольевич — кандидат физико-математических наук, доцент. Преподаваемые дисциплины: Инженерная и компьютерная графика, Компьютерные технологии в инновационной и педагогической деятельности, Проблемы инноваций, Системы автоматического проектирования.
• Файрушин Ильназ Изаилович — кандидат физико-математических наук, доцент. Преподаваемые дисциплины: Введение в физику плазмы, Информационные технологии в инновациях, Компьютерные технологии в инновационной и педагогической деятельности, Концепции современного естествознания.

При реализации образовательной деятельности, на кафедре внедряются и используются информационные технологии. К настоящему времени сотрудниками кафедры разработан комплекс электронных образовательных ресурсов по компьютерному моделированию физических процессов ^{[22][23][24][25][26]}.

Ключевые направления научно-исследовательской деятельности:

Моделирование динамических процессов в конденсированных средах

• Квантово-механическое (ab-initio) моделирование атомарной/молекулярной динамики;
• Моделирование классической динамики (ньютоновской, ланжевеновской, стохастической, гидродинамики);
• Монте-Карло моделирование;
• Теоретическое описание динамических процессов и структурных свойств в неупорядоченных конденсированных средах (жидкости, аморфные системы, квазикристаллы, растворы, полимеры и т.д.);
• Конструирование эффективных потенциалов межчастичного взаимодействия;
• Разработка новых методов моделирования (гибридные методы, мезоскопическая динамика);
• Моделирование фазовых переходов и критических явлений;
• Численные исследования влияния внешних воздействий на микроскопические свойства конденсированных систем.

Исследование сложных не гамильтоновых систем (биологических, социальных, экономических, геологических и др.) методами современной статистической и вычислительной физики

• Развитие методов анализа сложных сиcтем;
• Исследование флуктуаций и шумов динамики сложных систем;
• Развитие алгоритмов по распознаванию образов;
• Исследование эффектов статистической памяти  в динамике сложных систем.

Кафедра осуществляет совместные исследования с отечественными институтами и университетами, а также активно сотрудничает с зарубежными партнерами, среди которых Universität Augsburg, Sapienza — Università di Roma, Université Claude Bernard Lyon, Universitat Politècnica de Valènci и другие.

Международное сотрудничество

• Universität Augsburg (г. Аустбург, Германия)
• Sapienza — Università di Roma (г. Рим, Италия)
• Université Claude Bernard Lyon (г. Лион, Франция)
• Universitat Politècnica de Valènci (г. Валенсия, Испания)
• University of London (г. Лондон, Великобритания)
• California Institute of Technology (г. Пасадина, Калифорния, США)
• University of Johannesburg (г. Йоханнесбург, Южная Африка)
• University of Tokyo (г. Токио, Япония)

Сотрудничество с отечественными научно-образовательными учреждениями

• Удмуртский федеральный научный центр Уральского отделения Российской академии наук (г. Ижевск)
• Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау (г. Москва)
• Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (г. Москва)
• Институт теплофизики УрО РАН (г. Екатеринбург)
• Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина (ИФВД РАН, г. Троицк)
• Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева (г. Казань)
• Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова (г. Москва)
• Ульяновский государственный университет (г. Ульяновск)
• Тверской государственный университет (г. Тверь)

Студенты и аспиранты, проходящие обучения при кафедре, являются обладателями премий и стипендий:

• стипендия Мэра г. Казани
• стипендия Президента РФ
• специальная государственная стипендия Правительства РТ
• именная стипендия им. Р.М. Юльметьева
• именная премии банка «Ак Барс» в рамках республиканского конкурса «50 лучших инновационных идей для республики Татарстан».

• Нейронная сеть поможет ученым КФУ контролировать процесс затвердевания расплавов
• Ученые из Казани разработали компьютерную модель для тестирования металлических сплавов
• Study of nitinol deformations to enrich understanding of materials with targeted properties
• Mechanical response of nitinol to deformations gives insight into materials with targeted properties
• Влияние давления на аморфные металлические сплавы
• На основе созданных физиками КФУ алгоритмов шведские ученые разработали уникальный программный комплекс
• У всех жидкостей нашли свойства твердых тел
• Experiment confirms liquids show properties of solid bodies at microscopic scales
• Amorphous materials will be used in medical and industrial applications
• Ученые КФУ предположили, когда закончится режим самоизоляции в России
• В КФУ нашли способ отслеживать нанотрещины в аморфных металлах