Наукові відділи
Найважливіші наукові результати
Архів 2010-2015
Відділ Теорії нелінійних процесів в конденсованих середовищах
- На основі розв'язків рівняння Дірака показано, що система квазідвовимірних електронів, захоплених потенціальним шаром (що має місце в шаруватих напівпровідникових гетероструктурах), може перебувати в трьох різних спінових станах, які відрізняються як спіновою полярізацією електронів, так і спектром двовимірних енергетичних зон. Одним з цих станів є добре відомий стан Рашби з ізотропним в просторі двовимірних хвильових векторів спіновим розщепленням енергетичних зон. В другому стані, на відміну від рашбівського, спінове розщеплення зон має анізотропний характер, а в третьому спіновому стані енергетичні зони залишаються виродженими по спіну. Вказаним спіновим станам відповідають три системи власних функцій рівняння Дірака. Функції кожної з цих систем є також власними функціями трьох різних спінових операторів, які не комутують один з одним, але комутують з гамільтоніаном Дірака, і які визначають спінову поляризацію електронів.О.О. Єремко, Л.С. Брижик, В.М. Локтєв
- Досліджено термодинамічні властивості двокомпонентних 2+1-вимірних масивних діраківських ферміонів в зовнішньому магнітному полі. Показано, що порушення симетрії відносно обернення часу призводить до появи лінійного по магнітному полю члена в термодинамічному потенціалі, тоді як в знаменитій проблемі діамагнетизму Ландау головний, залежний від поля член є квадратичним по полю. Відповідно, головний член явно розрахованої намагніченості є аномальним, тобто не залежить від величини магнітного поля.С.Г. Шарапов
- Розвинуто теорію звукових коливань, що випромінюються наночастинками Au, Ag і Cu, розташованими в довільній діелектрич-ній матриці, під впливом випромінювання ультракоротких лазерних імпульсів. Отримано аналітичні вирази для амплітуди і потужності поздовжніх сферичних акустичних коливань залежно від густини і пружних властивостей середовища, в якому вони поширюються, тривалості лазерного імпульсу, розміру наночастинки, від сталої зв'язку електронів з фононами. Знайдено відсоток спадної енергії, залежний від температури електронного газу, який іде на генерацію звукових коливань. Вивчено інші фактори, які впливають на динаміку й згасання потужності таких коливань.М.І. Григорчук
- Досліджено дво-, тришарові гетероструктури, що складаються з одиничного бар'єру, дотичних до нього однiєї або двох потенціальних ям. Розглянуто режим нульової товщини для даних об'єктів, показано, що отримані у цій границі точкові взаємодії описуються сімейством діагональних матриць, які є підкласом цілого чотирипараметричного сімейства точкових взаємодій. Тунелювання крізь такі структури відсутнє майже усюди, окрім декількох точок, розташування яких контролюється зовнішньою напругою. Oтримано аналітичні вирази для резонансного тунелювання через гетеро-структури.О.В. Золотарюк, Я.О. Золотарюк
- Вивчено чутливість частоти поверхневого плазмонного резонансу у витягнутих, сплюснутих металевих наночастинках до показника заломлення середовища, в якому розміщена частинка, форми частинки, температури. З'ясовано вплив фактору дисипації на плазмонний резонанс. Запропоновано підхід для визначення оптимальної форми сфероїдальної частинки щодо досягнення максимальної чутливості. Знайдено, що відношення чутливості до півширини резонансної лінії в залежностях від показника заломлення, радіусу наночастинки має осциляційний характер. Обчислення проілюстровано на прикладі наночастинок K, Na, Ag.М.І. Григорчук
- Досліджено вплив температури на направлений рух солітонів під дією періодичної у часі, з середнім нульовим значенням, сили, що має місце у молекулярних ланцюжках з порушеною інверсною симетрією. Показано, що температура поліпшує умови направленого руху - з її зростанням зменшується порогове значення амплітуди зовнішнього поля, вище якого починається направлений рух солітонів. Температура зменшує також нижнє критичне значення періоду зовнішнього поля. Виявлено, що існує інтервал температур, де швидкість дрейфа солітонів більша, ніж при нульовій температурі, і продемонстровано наявність стохастичного резонансу, тобто певної температури, коли направлений солітонний дрейф є максимальним.Л.С. Брижик, О.О. Єремко
- Вивчено проходження частинки зі спіном крізь потенціальний бар'єр скінченої ширини, який характеризується кіральною, або гвинтовою, симетрією, при урахуванні спін-орбітальної взаємодії. На основі точного аналітичного розв'язку рівняння Шредингера розраховані коефіцієнти проходження і відбиття і показано, що такі бар'єри виявляють ефект спінової селективності. Іншою мовою, встановлено, що і немагнітні потенціали можуть спричинити спіновий струм за умови відсутності у них дзеркальної симетрії. Із застосуванням отриманих виразів кількісно вперше описані експерименти з проходження фотоелектронів через шари впорядкованих на підкладці молекул ДНК. Передбачено осциляційну залежність спінового струму від ширини бар'єру.О.О. Єремко, В.М. Локтєв
- Досліджено рух солітона (флюксона) у двовимірному джозефсонівському переході з смугоподібною неоднорідністю, яка належить до класу мікрозакороток і є лінією, зорієнтованою перпендикулярно до напрямку руху флюксона. Розраховано випромінювання, викликане розсіюванням флюксона на неоднорідності, яке має резонансну залежність від швидкості флюксона, що принципово відрізняється від випадку точкової домішки, коли така залежність є монотонно зростаючою.Я.О. Золотарюк
- Вивчено вплив температури електронів на поглинання, розсіювання світла металевими наночастинками при збудженні поверхневого плазмону. Одержані формули для тензорів електропровідності, полярізуємості при скінчених температурах електронів. Знайдені електропровідність, форма резонансу поверхневого плазмону для сферичної металевої наночастинки. Результати дозволяють описати різні кінетичні явища в таких сфероїдальних частинок, які знаходяться у діелектричному середовищі.М.І. Григорчук
- Макроскопічний підхід узагальнено на випадок антиферомагнітних металів з спін-поляризованим струмом. Як наслідок передбачено переорієнтацію вектору антиферомагнетизму і знайдено її критичний струм. Показана можливість струмо-залежного спін-діодного ефекту і генерація другої гармоніки.О.В. Гомонай, В.М. Локтєв
- Передбачено керовану електромагнітним полем нуклеїзацію наночастинок на частоті, яка співпадає з частотою плазмонів. Знайдені вирази для бар'єру нуклеїзації, форми частинки в залежності від таких параметрів, як частота і напруженість поля, плазмова частота, провідність тощо. Виявлено, що плазмонна поляризація сприяє нуклеїзації.М.І. Григорчук
- Показано, що величина термоЕРС в графені може бути збільшена майже на порядок, якщо відкриється щілина у квазичастинковому спектрі. При цьому оскільки питання щодо виникнення такої щілини у графені є до кінця не з'ясованим, отриманий результат стає фактично основою для нового чутливого методу її дослідження - вимірювання термоЕРС, яка сама може стати сигналом наявності щілини.С.Г. Шарапов
- Вивчені надпровідні властивості двовимірної моделі металу, спектр якого вміщує діелектричну щілину, що може лежати як нижче, так і вище рівня Фермі. Показано, що її присутність суттєво впливає на надпровідну щілину, а також критичні температури Tc і TcMF. Зокрема, виявлені стрибки похідних цих температур як функцій допінгу, або положення рівня Фермі.В.М. Локтєв
- Розглянуто індукований магнітним полем квантовий магнітний перехід з синглетного стану антиферомагнетика в намагнічений. Розвинуто підхід, аналогічний до теорії Ландау. Вивчено випадок нахиленого до площини анізотропії поля, побудована фазова діаграма у координатах критичне поле - кут. Проведено порівняння теорії з наявними експериментальними данимиВ.М. Локтєв
- Встановлено, що залежність швидкості Фермі від кількості домішок у графені виявляє гострий пік, у максимумі якого вона може збільшуватись у 1.5-2 рази. Знайдено, що цей пік з'являється при концентраціях, менших за концентрацію колективної перебудови спектруВ.М. Локтєв
- Досліджено поведінку рівноважної доменної структури мультифероїків на прикладі системи з одночасно феро-, антиферомагнітним впорядкуванням. Визначено залежність макроскопічних параметрів (намагніченості, деформації), що визначаються рівноважною доменною структурою, від зовнішнього магнітного поля, від двох полів різної природи (магнітного і механічної напруги). Показано, що конкуренція доменів різної природи (феро-, антиферо-) призводить до незвичайної польової залежності намагніченості (намагніченість перпендикулярна зовнішньому полю), середньої деформації (деформація лінійна за магнітним полем). Аналогічні дослідження проведені для мультифероїку BiFeO3 в присутності електричного поля, механічної напруги.О.В. Гомонай
- Досліджено поведінку доменної структури, макроскопічної намагніченості мультифероїка з анти-, ферро-магнітним впорядкуванням в зовнішньому магнітному полі. Розраховані криві намагнічуваності для ріних режимів вмикання/вимикання поля.О.В. Гомонай
- Досліджено графен в суперпозиції потенціалів Ааронова-Бома і постійного магнітного поля. Задача пошуку хвильових функцій рівняння Шредінгера розв'язується введенням трубки потока скінченного радіусу, який потім спрямовується до нуля. Хвильові функції і спектр гамільтоніана графена використовується для побудови виразу для локальної густини станів. Отримано, що локальна густина станів системи збільшується поблизу розташування вихору Абрикосова і має додаткові пікиС.Г. Шарапов
- Досліджено вплив кубічного ангармонізму коливань атомів молекулярного ланцюжка на можливість зв"язування двох надлишкових електронів у бісолітонний стан за наявності електрон-фононної взаємодії. Показано, що в ангармонічних гратках бісолітони мають скінченні значення енергії, моменту при швидкостях руху аж до швидкості звуку в ланцюжку, що принципово відрізняється від випадку бісолітонів у гармонічних гратках.Л.С. Брижик, О.О. Єремко
- Аналітично розраховано параметри бісолектронів у молекулярних ланцюжках з кубічним ангармонізмом в адіабатичному наближенні з урахуванням кулонівського відштовхування між зарядами. Показано, що при слабкому кулонівському відштовхуванні порівнюючи з електрон-фононною взаємодією огинаюча бісолектрона має один максимум, а при сильному відштовхуванні огинаюча хвильової функції має два максимуми. Проведено порівняння аналітичних результатів з результатами чисельного моделювання двох електронів в ангармонічних системах з атом-атомним потенціалом Морзе з урахуванням потенціалу Хаббарда, показано, що аналітичні результати пояснюють відповідні чисельні результати в широкому діапазоні інтенсивності кулонівського відштовхування (потенціалу Хаббарда в чисельному моделюванні)Л.С. Брижик
- Розроблено процедуру реґуляризації потенціалу λδ' (x), де λ - константа взаємодії, за допомогою якої можна сформулювати і розв'язати обернену задачу для резонансного тунелювання через даний синґулярний потенціал. Як було встановлено в попередніх роботах, резонансна множина (тобто дискретні значення λ, при яких відбувається тунелювання) залежить від способу реґуляризації потенціалу λδ' (x). При синтезі наносистем є цікавими обернені розв'язки транспортної задачі для точкових взаємодій. В даному конкретному випадку обернена задача полягає в тому, що для наперед заданого значення λ потрібно побудувати таку реґуляризуючу послідовність, щоб дане значення λ належало би резонансній множині, тобто при цьому значенні δ'- потенціал має бути прозорим, в той час як при всіх інших значеннях λ він веде себе як повністю відбиваюча стінка. Сформульована таким чином обернена задача є важливою з практичної точки зору, оскільки дає можливість конструювати наноструктури по наперед заданим вимогам щодо резонансного проходження електронів через бар'єри, в околі яких знаходиться яма. При цьому, якщо бар'єр симетрично оточений двома ямами, відбувається не часткове, а повне проходження електронів. Кінцевий розв'язок оберненої задачі зводиться до чисельного знаходження коренів певних трансцендентних рівняньО.В. Золотарюк
- Для наночастинок сплюснутої або витягнутої сфероїдальних форм знайдено залежність діелектричної функції, електричної провідності від багатьох чинників, таких як частота, радіус частинки, співвідношення осей сфероїда, орієнтації електричного поля відносно частинки. Знайдено осциляції дійсної, уявної частин діелектричної проникності з ростом розміру частинки при деякій фіксованій частоті, або з ростом частоти, при деякому фіксованому радіусі наночастинки. Результати, одержані у кінетичному підході порівнюються з відомими для класичної моделіМ.І. Григорчук
- Проаналізовано хаотичні режими в динаміці солітона в сильнодискретному масиві джозефсонівських контактів. За допомогою теорії Флоке досліджено біфуркаційні сценарії, що призводять до хаотичної динаміки. Показано, що в залежності від амплітуди, форми зовнішнього струму перехід до хаосу може відбуватися_як через переміжність (сценарій Помо-Маневілля), так і через каскад біфуркацій подвоєння періодуЯ.О. Золотарюк
- Описано процедуру реґуляризації потенціалу λδ'(x), де λ - константа взаємодії, за допомогою якої можна сформулювати і розв'язувати обернену задачу, тобто для заданого наперед значення λ побудувати таку реґуляризуючу послідовність, щоб дане значення λ належало би резонансній множиніЯ.О. Золотарюк
- Досліджувався вплив флуктуацій інтенсивності падаючого на двохбар'єрну тунельну систему потоку електронів поблизу точки нестабільності. Дані чисельного експерименту показали, що процес уповільнюється в тому розумінні, що час релаксації монотонно збільшується як функція часу кореляції, у той же час зростання інтенсивності шуму прискорює процес переходу. Отримана задовільна згода з результатами чисельних розрахунків з використовуванням як повного рівняння моделі тунельного процесу, так і лінійного наближення.В.М. Єрмаков, О.О. Понежа
- Запропоновано теоретичний підхід до опису розподілу електричного заряду в багатошарових структурах високотемпературних надпровідників з селективним допуванням. Передбачено, що така структура може перебувати у надпровідному стані з оптимальною критичною температурою й тоді, коли вихідні шари її не виявляють. Це передбачення знайшло експериментальне підтвердженняВ.М. Локтєв
- Проаналізовано можливість надпровідності у допованих системах з електронами або дірками як носіями струму. Показано можливість формування в них надпровідного конденсату при температурах, навіть інколи вищих за критичні температури купритівВ.М. Локтєв
- На підставі дослідження властивостей електромагнітного випромінювання в процесах транспорту заряду, що супроводжують метаболізм живих організмів, встановлено важливу роль електромагнітного поля в процесах обміну інформацією між елементами складних систем, для встановлення самоорганізації живої матерії, а також необхідність такого поля для виникнення і забезпечення діяльності екосистемЛ.С. Брижик
- Встановлено важливу роль електромагнітного поля в утворенні макроскопічних когерентних доменів води, виникненні ієрархії когерентних доменів, а також показано роль води, що структурована навколо біологічних макромолекул, інших поляризованих структур в інформаційному обміні між елементами екосистемЛ.С. Брижик
- Досліджено двовимірний електронний газ в суперпозиції потенціалів Ааронова-Бома і постійного магнітного поля. Задача пошуку хвильових функцій рівняння Шредінгера розв'язується введенням трубки потока скінченного радіусу, який потім спрямовується до нуля. Хвильові функції і спектр гамільтоніана двовимірного електронного газу використовується для побудови виразу для локальної густини станів. Отримано, що локальна густина станів системи зменшується поблизу розташування вихору Абрикосова і має додаткові пікиС.Г. Шарапов
- Розроблено теорію генерування звукових коливань сферичними металевими частинками малого разміру в діелектричному середовищі під дією ультракоротких лазерних імпульсів. Одержані аналітичні вирази, що дозволяють визначити амплітуду і потужність поздовжних сферичних акустичних коливань в залежності від густини і пружних властивост середовища, тривалості лазерного імпульсу, температури електронів, радіуса частинок і констант електрон-фононного зв'язку. Детально досліджено фактори, які впливають на динаміку загасання потужності таких хвиль, що проілюстровано на конкретному прикладі частинок Au, Ag, Cu, розташованих в плексигласовій матриці.М.І. Григорчук
- Досліджена модель з оптичним фононом , яка здатна описувати фононний спектр графену з досить великою точністю. Вказано як електрон-фононна взаємодія (ЕФВ) перенормує рух електронiв на поверхнi Фермi через наявнiсть ефективного параметру ренормалiзацiї маси. У випадку цей параметр графена залежить вiд хiмiчного потенцiалу, має фізичний зміст перенормування швидкостi. Показано, що значення хiмiчного потенцiалу зсунуто по вiдношенню до його значення в вільній зонi. Вiдносне положення дiракiвської точки також перенормується відповідним чиномС.Г. Шарапов
- Отримано ефект направленого руху доменної стінки (ДС) у класичному двовісному феромагнетику, що знаходиться під впливом періодичного магнітного поля без сталої компоненти. Розвинуто симетрійний підхід для аналізу рівнянь руху, отримано необхідні умови направленого руху ДС. За допомогою солітонної теорії збурень, чисельного моделювання одержано залежність середньої швидкості доменної стінки від амплітуди зовнішнього поля, інших параметрів системи. Досліджено динаміку флюксона в довгому джозефсонівському контакті під впливом бігармонічного струму. Показано, що кубічна залежність середньої швидкості флюксона від амплітуди зовнішнього струму зберігається лише для малих амплітуд. Це явище пояснюється деформуванням флюксона і утворенням на ньому внутрішньої коливної моди. Також встановлено, що немонотонне спадання залежності середньої швидкості флюксона від частоти зовнішнього змінного струму пояснюється резонансною взаємодією флюксона з малоамплітудними збудженнями (плазмонами)Я.О. Золотарюк
- Вивчені надпровідні властивості двовимірної моделі металу, спектр якого вміщує діелектричну щілину, що може лежати як нижче, так і вище рівня Фермі. Показано, що її присутність суттєво впливає на надпровідну щілину, а також критичні температури Tc і TcMF. Зокрема, виявлені стрибки похідних цих температур як функцій допінгу, або положення рівня Фермі.В.М. Локтєв
- Проаналізовані дані експериментів, де вивчався вплив спін-поляризованого струму на динаміку вектора антиферомагнетизму наношару. Знайдено режим руху цього вектору у вигляді прецесії, частота якої лінійно залежить від величини струму. Оцінено інтенсивність імпульсів, що збуджують таку прецесію і вплив на неї зовнішнього магнітного поля. Результати узгоджуються з наявними даними спостережень.В.М. Локтєв
- Доведено можливість утворення зв'язування двох надлишкових електронів в солі тонному стані в ангармонічних молекулярних ланцюжках з електрон-фононною взаємодією. Розраховано енергію, масу, ширину локалізації таких бісолітонних станів.Л.С. Брижик
- Досліджено динаміку заряджених поляронів великого радіусу в одновимірних діатомних ланцюжках під впливом зовнішнього періодичного електромагнітного поля з середнім нульовим значенням, показано можливість випрямлення руху таких поляронів, якщо інтенсивність поля, його період перевищують певні критичні значення.Л.С. Брижик, О.О. Єремко
- Досліджено роль міжшарових обмінних взаємодій у формуванні магнітних структур з різною послідовністю пакування щільно-пакованих молекулярних площин в δ-фазі твердого кисню. Показано, що визвана температурою або тиском зміна міжплощинних відстаней призводить до зміни величини обмінної взаємодії і, як наслідок, до переходів між різними магнітними фазами δ-кисню. На основі запропонованої моделі дано інтерпретацію нещодавно експериментально встановленої фазової діаграми δ-кисню.О.В. Гомонай
- Розвинуто теорію акустооптичних явищ для металевих нанокластерів інкорпорованих в діелектричну матрицю, яка дозволяє при збудженні їх лазером визначити амплітуду звукових коливань матриці. В області плазмонних резонансів виявлено значну відмінність оптоакустичних властивостей дискретної, суцільної металевих плівок на поверхні прозорої діелектричної матриці.М.І. Григорчук
- Проведено дослідження закономірностей проникнення електричного поля в структуровану систему електролітів, зокрема біологічну структуру. Виписані рівняння, які описують такий процес, встановлені особливості електричних полів, які ефективно можуть проникати в живі об'єкти. Одержані результати застосовані при експериментальному дослідженні впливу електричного поля на бактерії. Зокрема, в експериментах виявлено різке зростання (семикратне) гідрофобності таких об'єктів при дії на них слабкого електричного поля.В.М. Єрмаков
- Досліджено процеси розіювання на точкових одновимірних потенціалах дипольного типу, які можна визначити як слабу границю регулярних функцій у вигляді прямокутних бар'єра і ями, що знаходяться на скінченій відстані. Встановлено, що резонансне тунелювання через точкові потенціали залежить від способу регуляризації цих потенціалів і пораховано в кожному випадку таку залежність.О.В. Золотарюк
- Отримано ефект направленого руху доменної стінки (ДС) у класичному двовісному феромагнетику, що знаходиться під впливом періодичного магнітного поля без сталої компоненти. Розвинуто симетрійний підхід для аналізу рівнянь руху, отримано необхідні умови направленого руху ДС. За допомогою солітонної теорії збурень, чисельного моделювання одержано залежність середньої швидкості доменної стінки від амплітуди зовнішнього поля, інших параметрів системи.Я.О. Золотарюк
- Досліджена увздовжна магнітна сприйнятливість двовимірної квантової моделі Ізінга що знаходиться у полі що е поперек у широкому куті температур, поля що е поперек поблизу квантової критичної точки. Знайдена асимптотична скейлінгова поведінка увздовжної магнітної сприйнятливості.О.Б. Кашуба
- Методом чисельної симуляції розраховано середній час першого проходу, протягом якого інтенсивність потоку електронів, який проходить крізь тунельну систему, зростає з початкового низького значення до певної досить високої величини, що гарантує перехід на новий стаціонарний стан. Значення цього часу було отримано при різних параметрах шуму: інтенсивності й часу кореляції. Чисельні розрахунки показали, що процес уповільнюється в тому розумінні, що час релаксації монотонно збільшується як функція часу кореляції, у той же час зростання інтенсивності шуму прискорює процес переходу.О.О. Понежа
- Досліджена модель з оптичним фононом, яка здатна описувати фононний спектр графену з досить великою точністю. Вказано як електрон-фононна взаємодія (ЕФВ) перенормує рух електронiв на поверхнi Фермi через наявнiсть ефективного параметру ренормалiзацiї маси. У випадку цей параметр графена залежить вiд хiмiчного потенцiалу, має фізичний зміст перенормування швидкостi. Показано, що значення хiмiчного потенцiалу зсунуто по вiдношенню до його значення в вільній зонi. Вiдносне положення дiракiвської точки також перенормується відповідним чином.С.Г. Шарапов