Основные достижения 2005 г.
Новые ориентационные структуры в каплях нематического жидкого кристалла, диспергированного в полимерной матрице
Обнаружены новые ориентационные структуры в каплях нематического жидкого кристалла, диспергированного в полимерной матрице
Обнаружены новые ориентационные структуры в каплях нематического жидкого кристалла, диспергированного в полимерной матрице. Новые конфигурации директора образуются при модификации граничных условий от тангенциальных (рис. 1a) к нормальным (рис. 1f) за счет добавки поверхностно-активного вещества. Проведены экспериментальные и теоретические исследования распределения угла сцепления по поверхности капли, ориентационного упорядочения, оптических текстур в зависимости от концентрации сурфактанта. В исследованной композиции в каплях чистого нематика реализуется биполярное упорядочение директора (рис. 1a), характерное для однородного тангенциального сцепления. Обнаружено, что добавка поверхностно-активного вещества приводит к формированию неоднородных (в том числе наклонных) граничных условий. Последовательность новых структур и их оптических текстур, соответствующая увеличению концентрации сурфактанта, представлена на рис. 1b-e.
Рис.1. Последовательность ориентационных структур (первая строка) в каплях нематического ЖК, образующихся при изменении граничных условий от тангенциальных к нормальным. Биполярная капля (a), капля с разрушенным дефектом (b), монополярная структура (c), структура заходящего солнца (d), пред-радиальная структура (e), радиальная капля (f). Во второй строке показаны микрофотографии капель в скрещенных поляризаторах. Опти-ческие текстуры, рассчитанные в этой же геометрии, представлены в третьей строке. В четвертой строке приведены расчетные конфигурации директора. 1 - T = 200 K, 2 - T = 3K.
- Prishchepa O.O., Shabanov A.V., Zyryanov V.Ya. Director configurations in nematic droplets with in-homogeneous boundary conditions // Phys. Rev. E, Vol. 72, No 3, 031712 (2005).
- Prishchepa O.O., Shabanov A.V., Zyryanov V.Ya. Director configurations within nematic droplets doped by lecithin. Mol.Cryst.Liq.Cryst., 2005, Vol.438, p.141/[1705]-150[1714].
Развита теория обменного сужения линий ферромагнитного (ФМР) и спин-волнового (СВР) резонансов в ферромагнетике со случайно-неоднородной магнитной анизотропией
Развита теория обменного сужения линий ферромагнитного (ФМР) и спин-волнового (СВР) резонансов в ферромагнетике со случайно-неоднородной магнитной анизотропией. Расчет проведен методом усредненных функций Грина в рамках приближения когерентного потенциала.
Рассмотрены одномерные (1D) и трехмерные (3D) неоднородности с произвольным корреляционным волновым числом ( - радиус корреляции неоднородностей для аморфных сплавов; для поликристаллов соответствует среднему размеру зерна). Эффект обменного сужения линий ФМР и СВР рассчитан во всей области изменения корреляционного волнового числа . На Рис. 2 показана зависимость ширины линии ФМР как от (Рис. 2а), так и от обратной величины (Рис. 2b).
Таким образом, рисунки 2a и 2b в сумме иллюстрируют изменение при изменении в интервале (0, ?). Здесь при неоднородности величины анизотропии и при неоднородности ориентации оси анизотропии, и - величина анизотропии и её среднеквадратичная флуктуация, соответственно, - параметр обмена. При рассчитанная ширина линии максимальна и совпадает с хорошо известным результатом Шлёмана [E. Schlomann, J. Phys. Chem. Solids 6, 257 (1958)], полученным для невзаимодействующих зёрен непосредственным усреднением по ориентациям осей анизотропии. С ростом увеличивается эффект обменного сужения резонансной линии, который для 3D неоднородностей проявляется более резко, чем для 1D.
В противоположном пределе сильно взаимодействующих зёрен (больших ) рассчитанная ширина линии соответствует закономерностям, полученным для этого предела из скейлинговых соображений [M. Rubinstein et al, JMMM 234, 306 (2001)]: для 1D и для 3D неоднородностей. Эти закономерности показаны на рис. 2b штриховыми кривыми.
Рис.2. Ширина линии ФМР как функция нормированного корреляционного волнового числа (a) и обратной величины (b) для 1D (крестики) и 3D (кружки) неод-нородностей. Штриховые кривые на рис. 2b показывают соответствие полученных резуль-татов скейлинговым оценкам для.
Рассчитанные эффекты обменного сужения линии ФМР и спин-волновых резонансов связывают между собой основные структурные характеристики неоднородностей (kc, ?) с основной эксплутационной характеристикой материала – шириной линии магнитного резо-нанса. Сильное сужение ширин линий ФМР и спин-волновых резонансов с ростом kc явля-ется теоретическим обоснованием основного преимущества нанокристаллических и аморф-ных материалов над поликристаллами с той же величиной локальной магнитной анизотро-пии при использовании их на высоких частотах.
- V. A. Ignatchenko and V. A. Felk. Exchange narrowing of magnetic resonance linewidths in inhomogeneous ferromagnets. Phys. Rev. B, 2005, 71, 094417-1 – 094417-12.
- V. A. Ignatchenko, V. A. Felk. Exchange narrowing of the FMR linewidth in ferromagnetic nanocrystals. The Physics of Metals and Metallography, Vol. 100, Suppl. 1, 2005, pp. S22 - S24.
Показано, что ССК (связанные состояния в континууме) может быть реализовано в квантовом транспорте через специальную систему двух дотов связанных проволокой
Обычно решения уравнения Шредингера с локальным потенциалом 
являются дискретными для отрицательных энергий и непрерывными для положительных энергий. Соответственно решения являются локализованными или связанными для Е < 0 и размазанными по всему пространству для E > 0. В 1929 г. фон Нейман и Вигнер предположили, что могут существовать и дискретные положительные уровни энергии с локализованными функциями (связанные состояния). Им были найден ряд конкретных потенциалов, имеющих связанные состояния в континууме (ССК).
Результаты фон Неймана и Вигнера стимулировали значительный теоретический и экспериментальный интерес к ССК (см., например, недавнюю работу L.S. Cederbaum, et al, Phys. Rev. Lett. 90, 13001 (2003)). В частности, в работе H. Friedrich and D. Wintgen, Phys. Rev. A31, 3964 (1985) был найден ССК в атоме водорода в сильном магнитном поле. Эти же авторы пришли к заключению, что условие реализации ССК может существенно облег-читься в многомерном случае уравнения Шредингера.
Здесь мы показываем, что ССК может быть реализовано в квантовом транспорте через специальную систему двух дотов связанных проволокой. Особенность системы состоит в том, что проволока может непрерывно менять длину L или ширину W, так что ее собствен-ные уровни энергии пересекают уровни энергии дотов, как показано на Рис. 3.
Рис. 3. Схема квантового транспорта через систему двух идентичных биллиардов, связанных квантовой проволокой с переменными размерами
Рис. 4. Амплитуда волновой функции рассеяния. Вероятность найти частицу в проволоке на два порядка превышает вероятности в биллиардах. В подводящих электродах вероятность равна нулю: так называемое связанное состояние в континууме.
Показано как аналитически, так и численно, когда уровень энергии проволоки пересекает линию нулей трансмиссии полной системы, возникает связанное состояние с нулевой шириной линии. Это означает, что новое связанное состояние локализовано внутри квантовой системы и имеет дискретный уровень энергии, расположенным внутри континуума.
Кроме того, оказалось, что пространственная структура ССК является чрезвычайно чувствительной к пределу к особой точке, определенной как пересечение энергии проволоки с нулем трансмиссии, а также к силе связи системы с электродами. В частности для малой связи системы с электродами, электрон локализуется внутри проволоки, явление невозможное для закрытой системы (Рис. 4).
- A.F. Sadreev, E.N. Bulgakov, and I. Rotter, Trapping of an electron in the transmission through two quantum dots coupled by a wire, Письма в ЖЭТФ, 82, 56-561 (2005).
- A.F. Sadreev, E.N. Bulgakov, and I. Rotter, S-matrix formalism of transmission through two quantum billiards coupled by a waveguide, J. Phys. A: Math. Gen. 38, December (2005).
Фазовая диаграмма метабората меди в магнитном поле, параллельном тетрагональной оси кристалла
Фазовая диаграмма метабората меди CuB2O4 в магнитном поле, параллельном тетрагональной оси кристалла, исследована с помощью магнитного резонанса, магнитных статических и магнитострикционных измерений. При температурах ниже 9.5 К в магнитном поле происходит магнитный фазовый переход из несоизмеримого геликоидального состояния с волновым вектором спирали вдоль тетрагональной оси 1 в индуцированное слабоферромагнитное состояние 3. При этом переходе наблюдаются резкие аномалии резонансных свойств (скачок резонансного поля и сильное уширение линии), а также скачки поперечной намагниченности и продольной и поперечной магнитострикции.
Выше 9.5 К магнитное состояние 2 тоже предполагается модулированным, в магнитном поле вдоль тетрагональной оси это состояние также переходит в индуцированное слабоферромагнитное состояние 3. Причем если при температурах ниже 9.5 К фазовый переход является переходом первого рода, то выше 9.5 К – второго. Вблизи температуры 9.5 К имеется трикритическая точка С, в которой сходятся все три состояния.
Существование фазового перехода, при котором разрушение геликоидального состояния происходит в магнитном поле, направленном вдоль оси геликоида, является необычным. Мы предполагаем, что при такой ориентации поля фазовый переход в метаборате меди обусловлен сосуществованием в этом кристалле двух подсистем ионов меди – сильной и слабоупорядоченной. В магнитном поле, параллельном тетрагональной оси, происходит насыщение слабоупорядоченной подсистемы ионов меди вдоль направления поля и изменение ее вклада в образование коллективного спирального состояния.
- Pankrats, G. Petrakovskii, V. Tugarinov, K. Sablina, L. Bezmaternykh, R. Szymczak, M. Baran, B. Kundys, and A. Nabialek. Magnetic resonance and the magnetic phase diagram of copper metaborate CuB2O4. // Phys. Met. and Metallogr. – 2005. – V. 100, Suppl. 1. – P. S35–S37.
- Г.А.Петраковский, А.И.Панкрац, В.И.Тугаринов, К.А.Саблина, Л.Н.Безматерных, Г.Шимчак, Р.Шимчак, М.Баран, А.Набиалек, Б.Кундыс. Магнитная фазовая диаграмма метабората меди CuB2O4 в магнитном поле, параллельном тетрагональной оси. // Укр. физ. журн. – 2005. – т. 50, № 8D. – С. D135 – D141.
- А.И.Панкрац, Г.А.Петраковский, Л.Н.Безматерных, Г.Шимчак, А.Набиалек, Б.Кундыс. Магнитострикционные исследования магнитных фазовых переходов в метаборате меди CuB2O4. //ФТТ. – 2006. – т.48, №2.
Лаборатория Резонансных Свойств Магнитоупорядоченных Веществ
Проведено теоретическое определение максимального количества водорода, адсорбирующегося на поверхности ОУНТ
В последние годы в связи с большим ростом стоимости нефтепродуктов и требованиями экологии сильно вырос интерес к альтернативным источникам энергии. Одним из самых перспективных источников энергии является водород, адсорбированный в углеродных наноструктурах, состоящих из sp2-связанных атомов углерода - металлофуллеренов и однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ).
В данной работе проведено теоретическое определение максимального количества водорода, адсорбирующегося на поверхности ОУНТ при различных внешних температурах и давлениях.
Был предложен способ расчета равновесной плотности молекул, адсорбированных внутри однослойных нанотрубок. В данной модели при вычислении свободной энергии учитывались как квантово-механические эффекты, приводящие к дискретным уровням энергии частицы и к распределенности ее положения между соседями, так и эффект перехода частицы на возбужденные уровни и вклад фононов.
Данный метод был применен для расчета количества водорода, физически адсорбирующегося как внутри, так и снаружи углеродных нанотрубок вида (3,3), (6,0), (10,10), (20,20). Было установлено (рис.6), что из-за проявления квантовых свойств легких молекул при изменении внешнего давления или температуры наблюдается последовательность фазовых переходов первого рода, приводящая к скачкообразному изменению плотности адсорбированных молекул водорода на поверхности ОУНТ.
Было установлено, что величина плотности водорода, адсорбированного внутри или снаружи ОУНТ не превышает 2% (вес.) даже при низких температурах и высоких давлениях. При сорбции водорода на обеих поверхностях ОУНТ его количество не превышает 4% (вес.), что не удовлетворяет требованиям автопромышленности (6.5%) для использования таких аккумуляторов на транспорте. Полученные результаты согласуются со многими экспериментальными результатами. Таким образом, только физическими методами без участия химической сорбции проблему накопления водорода в нанотрубках решить невозможно.
Рис. 6. Зависимость концентрации водорода, адсорбированного внутри однослойных углеродных нанотрубок вида (10,10) от внешних давления и температуры.
- А.С. Федоров, С.Г. Овчинников, «Плотность и термодинамика водорода, адсорбированного внутри однослойных углеродных нанотрубок», ФТТ, Vol. 46, No. 3, 2004, pp. 584–589.
- А.С. Федоров, П.Б. Сорокин, «Плотность и термодинамика водорода, адсорбированного внутри однослойных углеродных нанотрубок», ФТТ, 2006, V.48, N2, pp.377-382.