Наукові відділи
Найважливіші наукові результати
Архів 2010-2015
Відділ Квантової електроніки
- Знайдено Гамільтонівську, Пуасонівську структури інтеґровної Шрьодінґерівської нелінійної системи на трикутній драбинчастій ґратці у випадку притягувальної нелінійності.О.О. Вахненко
- Виявлено зв'язок хіральностей у спіновому, фізичному просторах. Механізм цього зв'язку продемонстровано на прикладі феромагнітної стрічки Мобіуса, топологія якої зумовлює вихоровий характер основного магнітного стану стрічки.В.П. Кравчук, Ю.Б. Гайдідей
- Знайдено електронний спектр, власні стани, функції Гріна обмеженого листа графену і зигзагоподібних нанострічок графену. Одержані результати використані для визначення транспортних характеристик вуглецевих наноструктур. Одержано аналітичні вирази для коефіцієнтів проходження.Л.І. Малишева
- Запропоновано механізм деактивації макромолекул ДНК під час опромінення біологічних організмів пучками високоенергетичних іонів. Механізм полягає в утворенні стабільних комплексів молекулярних продуктів радіолізу води (молекул пероксиду водня) з активними центрами впізнавання подвійної спіралі ДНК (групи РО4). Розрахунки енергії зв'язку молекул пероксиду, фосфатної групи ДНК, протиіонів розчину показали, що молекула пероксиду водню може зв'язуватися з фосфатною групою ДНК не гірше за молекулу води і, як наслідок, блокувати генетичну активність ДНК.Д.В. П'ятницький, О.О. Здоревський, С.М. Перепелиця, С.Н. Волков
- The method of stabilization of the fluctuations of an optical free-space channel by means of beam expansion was proposed and experimentally studied. It was shown that if the fluctuations in the channel are concerned with the atmospheric effects which result in the beam wandering around the aperture, then the beam expansion allows one to stabilize the transmittance fluctuations at the same time reducing the mean transmittance. The realization of quantum communication through a stabilized channel was modelled theoretically and it was shown that for the given channel and other parameters there exists an optimal regime of fluctuation stabilization which enables the maximally effective communication.В.К. Усенко
- Розроблено загальну теорію динаміки намагніченості криволінійних низькорозмірних феромагнітних нанострукрур: одновимірних нанодротів, двовимірних оболонок довільної форми. Показано, що кривизна призводить до появи в обмінній енергії магнетика додаткових складових, які мають вигляд ефективних анізотропії, взаємодії Дзялошинського.Ю.Б. Гайдідей, В.П. Кравчук
- На основі аналітичного розв'язку рівняння Шредінгера у наближенні сильного зв'язку одержано явні аналітичні вирази для функцій Гріна фенантренових вуглецевих нанотрубок і зигзагоподібних нанострічок графену. Одержані результати використані для аналізу квантової провідності, електронної структури і транспортних властивостей вуглецевих нанотрубок і графену.Л.І. Малишева
- Запропоновано механізм порогових деформацій поліморфної макромолекули, дано інтерпретацію ефекту надрозтягування подвійної спіралі ДНК. Показано, що поліморфна макромолекула крім пружного має додаткові механізми деформації, індуковані її конформаційними змінами. За критичного значення діючої сили, деформація макромолекули набуває порогового характеру завдяки утворенню бістабільного конформаційного стану, динаміці доменів зі структурою розтягнутої макромолекули.С.Н. Волков
- Отримано рівняння динаміки намагніченості для криволінійної феромагнітної плівки довільної форми. Показано, що у випадку сильноанізотропних плівок вплив кривизни еквівалентний появі ефективного неоднорідного магнітного поля.В.П. Кравчук, Ю.Б. Гайдідей
- Побудовано низку нових двокомпонентних напівдискретних нелінійних інтегровних систем з фізичними ознаками нелінійної екситон-фононної (електрон-фононної) моделі Давидова-Кислухи на одновимірній ґратці.О.О. Вахненко
- Визначено моди іон-фосфатних коливань лівозакрученої ДНК (Z-форми) з розташуванням іонів в жолобі, біля фосфатів подвійної спіралі. Надано інтерпретацію експериментальним спектрам КР, знайдено специфічну моду іон-фосфатних коливань (150 см-1) Z-ДНК.С.Н. Волков, С.М. Перепелиця
- Розвинуто теорію явища утворення вихор-антивихрових ґраток -- вихрових кристалів - в феромагнітних плівках під дією спін-поляризованого струму. Досліджено умови стійкості граток, вивчено процес плавлення вихрового кристалу при зменшенні величини спін-поляризованого струму.Ю.Б. Гайдідей , О.М. Волков, В.П. Кравчук, Д.Д. Шека
- Досліджено динамічні прояви протиіонів ДНК в експериментах з утворення текстур в плівках, електропровідності водних розчинів. Показано, що під час висушування розчину в певний момент виникає впорядкування протиіонів, яке можна розглядати як динамічну іонну ґратку. Показано, що для забезпечення стабільності ДНК необхідно, аби 75% зарядів на поверхні макромолекули були нейтралізовані проти іонами.С.Н.Волков, С.М. Перепелиця
- Досліджено процес когерентного транспорту через систему з'єднання N ідентичних молекулярних проводів і знайдено аналітичні вирази ймовірності переносу електронів через область розсіювання. Показано, що для системи молекулярних проводів, які однаково зв'язані з електродами, струм у кожному проводі обернено пропорційний квадрату N, що визначає мінімальний опір у розглянутій системі.Л.І. Малишева
- Запропоновано новий клас багатокомпонентних інтегровних нелінійних еволюційних систем на квазіодновимірній ґратці, який генерується новим спектральним оператором четвертого порядку. Розроблено узагальнену процедуру пошуку безмежної ієрархії локальних законів збереження, знайдено явно основні локальні закони збереження для систем запропонованого классу.О.О. Вахненко
- Передбачено існування вихор-антивихрових надграток у двовимірних феромагнітних плівках. Гратки утворюються під впливом поперечного спін-поляризованого струму поблизу порогу насичення. Досліджено залежність струму насичення від товщини плівки, сталої гратки від величини струму.О.М. Волков, В.П. Кравчук, Д.Д. Шека, Ю.Б. Гайдідей
- Визначено вплив розташування одновалентних, двовалентних катиіонів відносно фосфатних груп остова ДНК на конформаційну динаміку подвійної спіралі, знайдено відповідні смуги іон-фосфатних коливань, які можуть проявлятися в спектрах комбінаційного розсіювання макромолекули ДНК.С.Н. Волков, С.М. Перепелиця
- Досліджено процес когерентного транспорту через молекулярний комплекс, що функціонує як багатотермінальний провідник. Одержано явний аналітичний вираз функції переносу через область розсіювання, що є визначальною величиною для знаходження вольтамперних характеристик молекулярного електронного пристрою.Л.І. Малишева
- Запропоновано новий клас багатокомпонентних інтегровних нелінійних еволюційних систем на квазіодновимірній ґратці, який генерується новим спектральним оператором четвертого порядку. Розроблено узагальнену процедуру пошуку безмежної ієрархії локальних законів збереження, знайдено явно основні локальні закони збереження для систем запропонованого класу .О.О. Вахненко
- Досліджено ізотерми адсорбції двохкомпонентного газу на поверхні, яка змінює свої властивості в процесі адсорбції-десорбції. Знайдено умови, за яких ізотерми адсорбції мають дві стійкі асимптотики. Встановлено і досліджено принципові відмінності між знайденими і класичними Ленгмюровськими ізотермами адсорбції бінарної газової суміші. Особливості поведінки ізотерм конкурентної адсорбції різних компонент газу і їх відмінності від класичних пояснено за допомогою знайдених ефективних (одно-, двох-, трьохямного) потенціалів.О.С. Усенко
- Досліджено деформацію розподілу намагніченості нерухомого вихору під впливом спін-поляризованого струму, який протікає в площині магнетика, Показано, що вона еквівалентна деформації, яка виникає при гіротромному русі вихору. Визначено критичний струм (аналог критичної швидкості), при якому відбувається народження вихор-антивихрової пари.В.П. Кравчук, Ю.Б. Гайдідей, Д.Д. Шека
- За допомогою методу направленої молекулярної динаміки (SMD) змодельовано процес розділення тяжів в подвійній спіралі в присутності молекул води, протиіонів. Показано існування метастабільного комплексу уотсон-криковської пари ДНК з молекулами води на траєкторії розкриття пари, визначено структуру перехідної ділянки макромолекули від двотяжового до однотяжового стану. За результатів розрахунків траєкторії розкриття пари показано, що розкриття відбувається шляхом переходу від закритого стану до відкритого через проміжний привідкритий стан, де відстань між основами в парі збільшується на ~2Â. Дослідження утворення проміжного стану пари показало, що причиною його стабілізації є молекули води, які вбудовуються поміж основами пари і утворюють з основами водневі містки. Існування метастабільного привідкритого стану комплементарної пари підтверджує нашу гіпотезу про кооперативний механізм розкриття подвійної спіралі ДНК.С.Н. Волков
- Визначено вплив одновалентних, двовалентних катиіонів в різних положеннях відносно фосфатних груп остова ДНК на конформаційну динаміку подвійної спіралі, знайдено відповідні смуги іон-фосфатних коливань, які можуть проявлятися в спектрах комбінаційного розсіювання макромолекули ДНК. Розраховано частоти, інтенсивності в спектрах КР для ДНК з протиіонами Na+, Cs+, Mg2+, які знаходяться в різних положеннях відносно остова подвійної спіралі. Показано, що низькочастотні спектри КР ДНК дають можливість визначати тип протиіонів, їх положення відносно фосфатних груп.С.Н. Волков, С.М. Перепелиця
- Дано систематичне формулювання концепції імітації згинів квантових електронних хвилеводів. В рамках згин-імітаційного підходу розраховано коефіцієнти проходження, відбивання електронних хвиль в різко зігнутих квантових дротах з одинарним згином.О.О. Вахненко
- Розраховано коефіцієнти проходження, відбивання електронних хвиль в різко зігнутих квантових дротах з подвійним згином S-подібної конфігурації. Побудовано явно один тип еволюційного оператора, що узгоджується з новим спектральним оператором четвертого порядку в рамках напівдискретних рівнянь нульової кривини.О.О. Вахненко
- На основі моделювання методами функціоналу густини з періодичними граничними умовами знайдено оптимальні геометрії молекулярних модулів A(EG)3,6, A(EG)3,6CH2A (A = CONH, EG = (CH2)2O), які формують, відповідно, одну, дві системи продольних водневих зв'язків у самоорганізованих моношарах на золоті. Показано, що взаємне розміщення двох систем водневих зв'язків реалізується паралельно або під кутом 60o. Результати проведеного конфірмаційного аналізу дозволяють зробити висновки про структуру самоорганізованих моношарів молекул HS-(CH2)nA(EG)mH, HS-(CH2)nA(EG)mCH2A-CH3Л.І. Малишева
- Проведено розрахунки з перших принципів інфрачервоних спектрів самоорганізованих моношарів молекул HS-(CH2CH2O)nR, де R = CH3, H і n = 5, 6, 7 з використанням функціоналу BP86, різних базисних наборів, включаючи 6-311++G**. Проведено детальний аналіз, приписування спектральних смуг цих молекул у різних частотних діапазонах. Показано, при яких значеннях орієнтаційних параметрів вказаних молекул у моношарах на золоті можна одержати ІЧ спектри, характеристики, узгоджені з новими експериментальними даними.Л.І. Малишева
- Досліджено динаміку системи нелінійних асиметрично зв'язаних елементів. Результати дослідження були застосовані до опису утворення заторів в автомобільному транспорті.Ю.Б. Гайдідей
- Досліджені релятивістські ефекти в процесах розсіювання частинок коротко діючими потенціалами.Ю.Б. Гайдідей
- Проведено дослідження впливу солей лужних металів на формування текстур у вологих плівках ДНК. Аналіз утворення процесу плівки ДНК показав, що при певній товщині плівки усі фосфатні групи ДНК стають нейтралізованими протиіонами і така система розглядалася як іон-фосфатна гратка. Розрахунок енергії диполь-дипольної взаємодії двох паралельних іон-фосфатних граток показав, що величина енергії недостатня для формування агрегатів ДНК, але утворення іон-фосфатної ґратки є обов'язковою умовою для формування комплексів ДНК. В іншому випадку розраховано енергію взаємодії між макромолекулами, коли між ними утворюються іонні зшивки. Результати розрахунків показали, що у цьому випадку енергія взаємодії між макромолекули може бути значною. Одержані результати пояснюють експериментальні дані, в яких зафіксовано утворення текстур в плівках ДНК у випадку солей KCl, NaCl, RbCl, а при підвищеній концентрації і у випадку CsCl. Для випадку солі LiCl регулярна іон-фосфатна ґратка може взагалі не утворюватися. Одержані результати якісно узгоджуються з експериментальними даними.С.Н. Волков, С.М. Перепелиця
- Розроблено модель конформаційних коливань лівої подвійної спіралі ДНК (Z-форма). В моделі мономерна ланка складається з двох пар нуклеотидів з протиіонами між фосфатними групами в мінорному жолобку. Для визначення специфічних мод конформаційних коливань Z-ДНК розраховано параметри в моделі чотирьох мас з жорстким нуклеозидом, одержано частоти конформаційних коливань Z-ДНК, які знаходяться в діапазоні від 5 до 150 см-1С.Н. Волков, С.М. Перепелиця
- Знайдено закони збереження для двох можливих класів напівдискретних багатокомпонентних інтегровних нелінійних систем, згенерованих новим спектральним оператором четвертого порядку.О.О. Вахненко
- Представлено один з двох можливих класів інтегровних напівдисректних багатокомпонентних нелінійних систем, асоційованих з новим спектральним оператором четвертого порядку.О.О. Вахненко
- На основі методу функцій Гріна досліджено модель когерентного електронного транспорту через молекулярний комплекс, що має структуру N-термінального провідника. Матричні елементи, що входять до формули Дати для коефіцієнту проходження T(E), представлено у термінах матричних елементів функцій Гріна вільної молекули, які зв'язують молекулу з проводами. Це дозволило розрахувати ймовірність переносу частинок через область розсіювання, що є визначальною величиною для знаходження вольтамперних характеристик даного молекулярного електронного пристрою. У випадках зв'язування молекулярних проводів через гетероатом, молекулу бензолу одержано аналітичні вирази для функції T(E)Л.І. Малишева
- Досліджено динаміку вихору під впливом сталого спін-поляризованого струму за механізмом Слончевського-Берже. Передбачено появу порогового механізму збудження динаміки, ефекту перемикання полярності вихору. Побудовано аналітичну картину явища.Ю.Б. Гайдідей, Д.Д. Шека
- Досліджено структуру станів намагніченості в наночастинках у формі сферичного шару, зокрема, вихрових станів. Показано, що в залежності від співвідношення геометричних, магнітних параметрів задачі, можуть реалізуються три магнітні фази: квазіоднорідний легкоосьовий стан, onion-стан,, вихровий стан.Д.Д. Шека
- Досліджено процес утворення топологічних сингулярностей (точок, ліній Блоха) в процесі перемикання вихорів. Показано, що перемикання відбувається з утворенням блохівської точки не лише для досить товстих частинок (20нм і більше, як вважалося раніше), але й для тонших (навіть, лише кілька атомних шарів).Д.Д. Шека
- Продемонстровано можливість генерації довільної кількості вихор-антивихрових пар у магнітному нанодиску, основний стан якого є вихровим. Вказана генерація відбувається під впливом зовнішнього магнітного поля певної просторово-часової конфігурації. Запропоновано схему експериментальної установки для спостереження вказаного ефекту. Побудовано теоретичну модель явища, яка пояснює явище генерації k вихор-антивихрових пар як нелінійний резонанс в системі магнонних мод. Теоретичні результати перевірено за допомогою мікромагнітних моделювань.Ю.Б. Гайдідей, В.П. Кравчук, Д.Д. Шека
- Показано, що, прикладаючи спін-поляризований струм у площині диску, можна здійснити перемикання полярності нерухомого вихору. При цьому розподіл позаплощинної компоненти намагніченості співпадає з відповідним розподілом, що виникає при перемиканні рухомого вихору.Ю.Б. Гайдідей, В.П. Кравчук, Д.Д. Шека
- За допомогою мікромагнітних моделювань досліджено динаміку близько розміщеної вихор-антивихрової пари у двовимірному магнетику. Встановлено, що на близьких відстанях (за умови перекриття осердь вихора, антивихора) вказана пара анігілює навіть за відсутності тертя, причому траєкторії руху частинок є близькими до параболічних. Показано, що при русі пари уздовж вузької феромагнітної стрічки межові умови на бокових поверхнях принципово впливають на час життя пари, на динаміку процесу анігіляції. Так при вільних межових умовах час життя пари швидко зменшується зі зменшенням ширини стрічки, а при фіксованих навпаки - швидко зростає зі зменшенням ширини стрічки.В.П. Кравчук
- Досліджено вплив розташування протиіонів відносно фосфатних груп остова ДНК на конформаційну динаміку подвійної спіралі. Побудовано підхід для аналізу конформаційних коливань ДНК з протиіонами, що нейтралізують фосфатні групи ззовні подвійної спіралі, з боку мінорного жолобка макромолекули. В результаті розраховано частоти, амплітуди, інтенсивності мод конформаційних коливань ДНК з протиіонами Na+, K+, Rb+, Cs+, Mg2+. Показано, що легкі протиіони (Na+, K+) не збурюють внутрішньої динаміки подвійної спіралі, в той час, як важкі протиіони (Rb+, Cs+, гідратований Mg2+) примушують рухатися усі структурні елементи мономерної ланки. Використовуючи розраховані частоти, інтенсивності мод конформаційних коливань ДНК побудовано спектри комбінаційного розсіяння. Одержані спектри виявилися дуже чутливими до протиіонів, що робить можливим застосування низькочастотних спектрів комбінаційного розсіяння для визначення типу протиіону, його положення відносно остова подвійної спіралі ДНК.С.Н. Волков, С.М. Перепелиця
- Побудовано спектральний оператор з нетривіальним спектральним параметром для альтернативного розширення моделі Тоди. Знайдено представлення нульової кривини для нелінійної інтегровної моделі, асоційованої з запропонованим розширенням спектрального оператора. Знайдено адекватну функціональну параметризацію польових функцій запропонованої трикомпонентної гратчастої моделі. Знайдено явне Лагранжівське формулювання моделі з явним розділенням нелінійних мод на одну суто тодівську моду, дві сателітні моди.О.О. Вахненко
- Методами теорії функціоналу густини проведено моделювання інфрачервоних спектрів самоорганізованих моношарів молекул виду HS-(CH2CH2O)nR, де R = CH3, H і n = 5, 6, 7 з використанням різних базисних наборів, включаючи 6-311++G**. Вивчено вплив різних кінцевих груп на структуру, інфрачервоні спектри таких сполук, товщину моношарів, їх поверхневі властивості. Запропоновано набір орієнтаційих параметрів для вказаних молекул у моношарах на золоті, що дозволяє одержати ІЧ спектри, характеристики, узгоджені з відомими експериментальними даними.Л.І. Малишева
- Розроблено модель адсорбції-десорбції частинок бінарної газової суміші на поверхні, яка самоузгодженим чином враховує зміну адсорбційних властивостей поверхні в процесі адсорбції-десорбціїї. Отримано ізотерми адсорбції, які суттєво відрізняються від класичних. Знайдено умови, за яких відбувається сильний перерозподіл між кількістю адсорбованих частинок обох сортів навіть у разі незначної частки частинок другого сорту в газовій суміші. Виявлено можливість бістабільності і тристабільності системи, які обумовлені зміною адсорбційних властивостей поверхні при конкурентній адсорбції. Установлено суттєву відмінність між ізотермами однокомпонентної і двохкомпонентної адсорбції .О.С. Усенко
- Досліджені нелінійні ефекти при деформації молекулярних плівок.Ю.Б. Гайдідей
- Досліджені ударні хвилі в в'язко-еластичних середовищах.Ю.Б. Гайдідей
- Отримано критерії розрізнення фінітного, інфінітного рухів вихор-антивихрової в присутності нерухомого вихору у двовимірному магнетику.В.П. Кравчук
- Проведено моделювання конформаційних трансформацій двоспіральної макромолекули в умовах дії зовнішньої сили. За допомогою метода направленої молекулярної динаміки досліджено процес розкриття фрагменту подвійної спіралі ДНК - додекамера Дрю-Дікерсона. Показано, що при розкритті додекамера кожна пара основ переходить з закритого стану в подвійній спіралі до незв'язаного стану через метастабільний привідкритий стан. Моделювання процесу розкриття пари продемонструвало безпосередню участь молекул води оточуючого розчину в стабілізації привідкритого стану пари. Виконане дослідження підтвердило появу бістабільності "закритий-привідкритий" стани і показало можливість кооперативного механізму розділення ланцюжків подвійної спіралі.С.Н. Волков
- Досліджено характер конформаційних коливань подвійної спіралі ДНК, в клубкоподібному стані. Розраховано частоти, амплітуди, інтенсивності мод конформаційних коливань двоспіральної, клубкоподібної ДНК з різними протиіонами, досліджено залежність спектрів від температури. Показано, що з підвищенням температури інтенсивність мод розтягу водневих зв'язків зменшується, а в клубкоподібному стані взагалі зникає, що узгоджується з експериментальними данимиС.М. Перепелиця
- Розроблено інтегровну гратчасту модель взаємодії Шрьодінгерівських полів з полями суттєво іншої природи. Знайдено представлення нульової кривини, рівняння руху для такої інтегровної гратчастої моделіО.О. Вахненко
- Побудовано теорію когерентного транспорту у багатотермінальних системах, побудованих на основі довільної молекули і розгалужених електродів. На відміну від підходу Бутікера,. нами використано такий потужний інструмент для моделювання молекулярних систем як матричні елементи функції Гріна. Це дозволило розрахувати ймовірність переносу частинок через область розсіювання, що є визначальною величиною для знаходження вольтамперних характеристик даного молекулярного електронного пристрою.Л.І. Малишева