Рассмотрены вопросы физики поверхности и методы анализа ее структуры и атомного состава. Показано, что приповерхностная область образует особую двумерную фазу, электронная структура, пространственное расположение атомов и химический состав которой не совпадают с аналогичными характеристиками в объеме твердого тела. Проанализирован общий подход к экспериментальному исследованию свойств данной области. Внимание уделено адсорбции и десорбции, сканирующей оже-спектроскопии. Предложена классификация методов анализа поверхности. Описаны физические механизмы распыления.

Запропоновано новий підхід до розшифровки спектрів зворотного розсіювання легких іонів, що грунтується на концепції рівняння виходу. Знайдено рівняння виходу в загальному вигляді та доведено, що у випадку розділення сигналів у спектрі воно зводиться до системи нелінійних інтегральних рівнянь Фредгольма. Виконано граничний перехід і в межах запровадженого уявлення про проекцію в середину мішені шкали багатоканального аналізатора знайдено рівняння виходу для ідеального спектра.

Разработана процедура решения уравнения выхода в задаче анализа идеального спектра обратного рассеяния. Эта процедура основывается на введенном в представлении о проекции внутрь мишени шкалы многоканального анализатора. Показано, что с помощью такого представления можно в наглядной форме сформулировать те свойства рассматриваемой задачи, которые определяются дискретизацией различных непрерывных переменных в плоскости "глубина-энергия". На основе сравнения с литературными данными показано, что предложенная процедура обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным подходом.

Определены границы интервала энергий многократно рассеянных классических частиц. Рассмотрено решение этой задачи, основанное на определении экстремальных значений скалярной целевой функции - энергии двукратно рассеянной частицы - с учетом геометрических связей, налагаемых на характеристики отдельных актов рассеяния. Для этого выведено преобразование скорости частицы при рассеянии на заданный угол в заданной орбитальной плоскости. Показано, как это преобразование можно обобщить на случай двукратного рассеяния, и для конкретного выбора системы координат получены соотношения между углами рассеяния и характеристиками орбитальных плоскостей для заданной геометрии эксперимента. Эти соотношения позволяют записать явное выражение для целевой функции, определить число независимых переменных и область их допустимых значений. Из решения оптимизационной задачи найдены граничные значения энергии частицы после двух рассеяний и проведено их сравнение с энергией однократно рассеянной частицы. Обсуждена возможность применения полученных результатов в различных методах анализа поверхности и приповерхностных областей.

Проанализирована проблема описания процессов многократного рассеяния в методах анализа на пучках заряженных частиц. Подробно рассмотрены существующие в литературе подходы к решению этой проблемы в спектрометрии резерфордовского обратного рассеяния (РОР). В рамках разработанной динамической модели выполнена серия компьютерных экспериментов, в которых непосредственно измеряно энергетическое распределение частиц, рассеянных на заданный угол после двух столкновений, и вероятность подобного процесса. Проанализированы качественные различия этих величин в моделях одно- и двукратных столкновений. Показано, что для учета кратных столкновений в спектрах РОР необходимо разработать новый подход к вычислению дифференциального сечения рассеяния.

Предложен численный метод идентификации и анализа поверхности атомного кластера. Дан обзор существующих в литературе подходов к решению этой задачи. Проанализированы алгоритмы; разработано необходимое программное обеспечение и на примере модельных кластеров проведено его тестирование. Предлагаемый метод обеспечивает одновременное однозначное определение атомов поверхности и ее мозаичное представление, которое затем можно использовать для вычисления различных интегральных характеристик кластера. Установлены некоторые общие качественные особенности оценок площади поверхности и объема малых атомных систем.

Предложен метод, позволяющий при последовательном многоуровневом моделировании реакторных материалов выделять на атомном уровне подмножество атомов, образующих границу вакансионной поры. Выполнен компьютерный эксперимент, в котором имитируется процесс склепывания изначально сферической поры. Получены зависимости параметров формы поры от коэффициента сжатия и проведено их сравнение с вычисленными аналитическими выражениями. Показано, что метод позволяет определять фазу схлопывания поры и направление ее наиболее вероятной дальнейшей эволюции.

Представлены результаты экспериментальных исследований структуры, фазового состава и оптических свойств покрытий из оксида цинка, полученных при различных температурах с помощью метода химического осаждения из паровой фазы.

В рамках методов молекулярной динамики проведен компьютерный эксперимент по измерению времени релаксации в пучке частиц с анизотропным распределением скоростей. Полученный результат хорошо согласуется с характерными временами температурной релаксации в плазме для электронных охладителей в современных накопительных кольцах.