В состав кафедры физики входят учебные лаборатории по общему курсу физики, лаборатория молекулярной спектроскопии целлюлозы, лигнина и лигниноцеллюлозных материалов, лаборатория оптической спектроскопии и лаборатория градиентной оптики.
Научные интересы и тематика кафедры связаны с исследованием растительных полимеров, наночастиц и стекол методами молекулярной оптической спектроскопии. Цель этих исследований состоит в установлении связи строения и свойств конденсированных макровеществ с их молекулярной и надмолекулярной структурами. На этой основе оказывается возможным создание неразрушающих методов контроля технологических процессов производства материалов, а также разработка новых материалов с эффективными техническими характеристиками.
Применение ИК Фурье-спектроскопии и лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния света для исследования компонентного состава и строения растительного сырья (растительных полимеров) оказалось весьма плодотворным, особенно в связи с использованием новых экспериментальных методик.
Впервые были получены поляризационные спектры валентных колебаний гидроксильных групп целлюлоз двух основных модификаций Ц1 и Ц2.
Доказано, что водородные связи по своему строению различаются не только в упорядоченных областях, но и в неупорядоченных областях целлюлоз этих модификаций. Предложены новые схемы водородных связей в целлюлозах Ц1 и Ц2, которые объясняют различия в свойствах волокон этих целлюлоз.
Анализ колебательных спектров целлюлоз различного происхождения позволил обосновать универсальную модель физической структуры этого полисахарида. Был предложен и развит спектроскопический метод определения состава целлюлоз. Этот подход позволил классифицировать и систематизировать все целлюлозные материалы и установить количественные взаимосвязи
между параметрами модели и макросвойствами материалов.
Созданы компьютерные спектральные модели («паспорта») углеводного комплекса и лигнинов, которые позволяют проводить детальные структурные исследования этих полимеров как в выделенном состоянии, так и непосредственно in situ в растительном сырье. Была доказана аддитивность спектров лигноцеллюлозных материалов различного происхождения. Установлена корреляция между данными спектрального анализа древесины и лигноцеллюлозных материалов и данными химического анализа по компонентному составу – содержанием углеводного компонента, глюкозы, галактозы, уроновых кислот, остаточного лигнина, метоксильных и фенольных гидроксильных групп в лигнине.
На основе этих результатов предложен многофакторный неразрушающий метод анализа строения и оценки качества волокон технических целлюлоз по их колебательным спектрам. Эти спектры содержат информацию о влиянии технологических факторов на их состав и структуру. Важно, что спектральные данные находятся в корреляционных в заимосвязях с характеристиками продукции, традиционно проверяемыми в соответствии с требованиями ГОСТа и определяющими качество полуфабриката. Предлагаемый метод обладает большим динамическим диапазоном и учетом дополнительных факторов, не учитываемых в традиционных методах оценки качества продукции и полуфабрикатов.
По спектроскопии растительных полимеров опубликовано более 85 научных работ. Большее представление об этом можно получить из автореферата диссертации Д.А.Сухова на соискание ученой степени доктора химических наук («Анализ взаимосвязи строения и свойств целлюлозных волокон по их колебательным спектрам», Санкт-Петербург, 2001 г.).
Большую научную значимость представляют результаты работ по фазовым переходам в системе наночастиц и по образованию и росту новой фазы из твердого раствора методом экситонной спектроскопии. Установлено, что размерная зависимость температур плавления и кристаллизации наночастиц связана с изменением свободной энергии в поверхностном слое наночастицы.
Определен размер критического зародыша на примере наночастиц хлорида меди и показано, что поверхностная энергия исчезает у частиц, чей размер близок к толщине поверхностного слоя частицы. Экспериментально обнаружены все предсказанные теоретиками начальные стадии зарождения и роста новой фазы, включая и нестационарную стадию. Кинетика роста на стадии нестационарности хорошо согласуется с теорией Зельдовича-Френкеля. Размер критического зародыша нанорасплава не зависит от температуры образования и не превышает 1 нанометра. Более подробно эти результаты изложены в автореферате диссертации В.И.Леймана на соискание ученой степени доктора физико- математических наук («Образование нанофазы и размерные эффекты в свойствах наночастиц в стекле », Санкт-Петербург, 2006г.).
Исследования по ионообменным процессам в стеклах и градиентной оптике завершились разработкой технологии изготовления градиентных оптических элементов( трансляторов изображения, линз, волноводов, согласующих элементов для ВОЛС) с характеристиками близкими к дифракционному пределу. Технология позволяет в простых условиях получать трансляторы изображения требуемого качества для медицинских и технических эндоскопов.
Исследование колебательных и рамановских спектров стекол и неорганических растворов позволило обосновать новый подход к объяснению свойств этих систем и их строению. Эти системы можно представить как суперпозицию группировок постоянной стехиометрии со своим характерным спектрами. Концепция позволяет установить и объяснить корреляции в изменении микроструктуры и физико-химических свойств объекта: электрических, электрооптических, акустических, способности к кристаллизации. На основе этих представлений было разработано энергосберегающее термохромное светорегулирующее остекление (ТЛСО), предназначенное для автоматической регулировки освещенности в жилых и производственных помещениях. ТЛСО представляет собой стеклопакет, между стеклами которого помещен полимерный термохромный слой, активированный комплексами переходных металлов и изменяющий свое светопропускание под действием солнечных или тепловых потоков.
По принципу, аналогичному формированию бумажного листа, на кафедре физики разработана и запатентована технология получения эффективных теплоизоляционных материалов на основе стекловолокон (Al2O3, SiO2). Этот материал имеет рабочую температуру до 1400оС, обладает низкой теплопроводностью (0,068w/мк) и плотностью (250-300 кг/м3) и не токсичен при всех рабочих температурах, в том числе и в условиях открытого огня.
Область применения этого материала: высокотемпературные печи различного назначения, теплообменники, противопожарные устройства различного типа. Существенно уменьшается вес этих агрегатов, а энергосбережение достигает 2,5 – 3 раз. Вследствие высокой герметичности и малых теплопотерь печи могут иметь уникальные свойства, например: малый градиент температуры (меньше 1оС на 1м длины жарового пространства), высокая стабильность температуры и необходимый закон ее изменения со временем и др. Объем жарового пространства уже изготовленных и поставленных заказчику печей составляет от 2 литров до 70 м3.
Научные разработки кафедры физики поддерживаются грантами Президента РФ, РФФИ, АВЦП, внутривузовскими грантами и хоздоговорными работами.

Заведующий кафедрой
Яшкевич Екатерина Александровна,
кандидат физ.- мат. наук, доцент