Общая физика и астрономия Физика конденсированных сред

Теория конденсированного состояния. В сверхтекучей системе найден добавочный аддитивный интеграл движения, позволивший построить последовательную термодинамику сверхтекучести. Определены условия устойчивости, заменяющие критерий сверхтекучести Ландау при конечных температурах. (ИФП РАН)

Развита теория недавно открытого ферроэлектрического состояния в квазиодномерных органических металлах – соединениях (TMTTF)₂X. Новый эффект объединяет такие разные концепции, как ферроэлектричество хороших металлов, структурная неустойчивость по отношению к переходу МоттаХаббарда и Вигнеровская кристаллизация в системах с большой плотностью электронов. Показано, что ферроэлектрический переход приводит к образованию трех типов солитонов. Щель, возникающая в спектре фотопроводимости, есть результат образования солитон-антисолитоновых пар.

В широкой области температур найдена амплитуда осцилляций кулоновской блокады для гранулы, связанной с металлом туннельным контактом. Использованы методы инстантонов и ренормгруппы в двухпетлевом приближении. (ИТФ РАН)

Предложен принципиально новый подход к обеспечению секретного распространения ключа по открытым квантовым каналам связи, в котором секретность базируется на пространственно-временной структуре состояний и ограничениях, диктуемых специальной теорией относительности. Это позволяет передавать секретный ключ при помощи практически любых квантовых состояний. (ИФТТ РАН)

Предложен кинетический механизм распада твердого раствора, в рамках которого, в отличие от термодинамического рассмотрения, удалось показать, что упругие деформации способствуют появлению доменных структур. (ФТИ РАН)

Физика низких температур. Экспериментально обнаружен и теоретически объяснен новый тип перехода к турбулентному движению в сверхтекучих жидкостях, контролируемого внутренним параметром – взаимным трением нормальной и сверхтекучей компонент. (ИФП РАН, ИТФ РАН)

В квантово-разупорядоченных спин-щелевых магнетиках обнаружен магнитный резонанс нового типа, который обусловлен переходами между спиновыми подуровнями коллективных возбуждений и возникновением моды антиферромагнитного резонанса в индуцированной магнитным полем упорядоченной фазе спин-щелевого магнетика.

Экспериментально определены энергии элементарных ступеней на гранях (100) кристаллов Не³ при температурах 60-100 мК. Анализ результатов в рамках теории фазовых переходов огранения показывает, что при столкновении элементарных ступеней на поверхности кристаллов гелия, возможны процессы «переброса» ступеней в соседний ряд, а также отражение ступеней друг от друга. (ИФП РАН)

Экспериментально обнаружено аномальное состояние кристалла гелия с быстро растущими гранями, образующееся под воздействием внешнего пересыщения. Исследована кинетика этого явления и решена задача роста кристалла с возбуждением волны первого звука. (РНЦ «КИ»)

Сверхпроводимость. Предложена простая физическая картина сверхпроводимости предельно допированных плоскостей СuO₂, обладающая наблюдаемыми чертами ВТСП: высокой критической температурой, согласующейся с экспериментом симметрией параметра порядка, сосуществованием одноэлектронной поверхности Ферми и бозе-эйнштейновского конденсата заранее сформированных пар электронов. (ИФП РАН)

Теоретически и экспериментально показано, что основной вклад в диссипативные потери при движении решетки джозефсоновских вихрей в ВТСП материалах обусловлен переменными квазичастичными токами в плоскости слоев, что позволяет по измерению потерь в режиме движения решетки определить величину квазичастичной проводимости. (ИРЭ РАН; Аргонская и Лос-Аламосская национальные лаборатории, США)

Построена последовательная квазиклассическая теория андреевского отражения для гетерогенных структур, содержащих границу ферромагнетик-сверхпроводник, и проанализирован эффект близости для бислоя ферромагнетик-«грязный» сверхпроводник. (КФТИ КазНЦ РАН)

В рамках теории ГинзбургаЛандау рассчитана зависимость критической температуры Т_с от магнитного поля гибридных систем сверхпроводник-ферромагнетик с доменной структурой. Показано, что в них возможно формирование сверхпроводящих каналов и появление особенностей на зависимости Т_с (Н) - возвратной сверхпроводимости и осцилляций Т_с. (ИФМ РАН)

Предложен новый тип сверхпроводящего квантового бита, состоящего из 6 джозефсоновских контактов между 4 сверхпроводящими островками, помещенных в продольное слабое магнитное поле. Система реализует эквивалент квантового спина ½ в нулевом эффективном поле. Предсказано, что система должна обладать необычно высокой устойчивостью по отношению к электромагнитным шумам; предложены методы манипулирования квантовым состоянием и измерения его результата. (ИТФ РАН)

Изготовлены торцевые джозефсоновские переходы Nb/SiN_x/Nb с критическим током в диапазоне 10–1000 мкА и рекордно малой емкостью 10^-15–10^-16 Ф, которые могут быть использованы в СВЧ технике, для исследований субмикронных магнитных структур и в элементах квантовой логики. (ИФМ РАН)

Физика магнитных явлений. Решена задача о стационарной заселенности подуровней основного состояния щелочного атома в условиях магнитного резонанса и оптической накачки. Показано, что в актуальном геомагнитном диапазоне индукций (20-70 μТ) оптимальным для метрологии является изотоп ³⁹К. Построен макет магнитометра-тандема, опирающийся на 4-квантовый резонанс в калии и имеющий точность измерений 10^-10 Гс. Прибор может служить эталонным средством измерения индукции земного поля с беспрецедентно высокой абсолютной точностью. (ФТИ РАН)

Обнаружен новый тип магнетосопротивления, который реализуется в «грязных» одномерных электронных системах. Зависимости проводимости от температуры и электрического поля таких объектов описываются степенными законами, показатели степени которых меняются в магнитном поле, что объясняется нарушением спин-зарядового разделения в магнитном поле. (ИРЭ РАН, ФТИ РАН, Центр сверхнизких температур, Гренобль, Франция)

Обнаружено гигантское магнитосопротвление туннельного магнитного перехода с относительной величиной ~ 5% и выше, стабильное во времени. Эффект может быть использован в сверхминиатюрных датчиках магнитного поля. (ФИРЭ РАН)

В структурах с чередующимися слоями магнитострикционного и пьезо-электрического материалов обнаружен и объяснен магнитоэлектрический эффект, величина которого при комнатной температуре на 1-2 порядка больше, чем в однофазных объемных магнитоэлектрических материалах. Структуры перспективны для создания датчиков и преобразователей постоянных и переменных низкочастотных магнитных полей. (МИРЭА)

Физика высоких давлений. В алмазах, легированных бором, ситезированных при высоких давлениях, обнаружена объемная сверхпроводимость с критической температурой до 5К и высоким значением верхнего критического поля (более 3.5Т). Полученный материал является первым примером полупроводника-сверхпроводника с алмазной кристаллической решеткой. Вследствие уникальных механических и тепловых свойств алмаза этот результат перспективен для многочисленных практических применений.

Обнаружено, что соединение с тяжелыми фермионами Ce₂RhIn₈ становится сверхпроводником с Т_с=2 К вблизи виртуальной квантовой критической точки, соответствующей антиферромагнитному переходу при давлении 2,5 ГПа, что подтверждает связь сверхпроводимости и квантовых критических флуктуаций.

Обнаружен переход от диффузионной кинетики фазового перехода 1 рода под давлением при высоких температурах к мартенситоподобной при низких температурах для одного и того же вещества  -GeO_2. (ИФВД РАН)

Установлено, что в термически стабильных (до 500°С) соединениях водорода с углеродными нановолокнами и нанотрубками, синтезированных при давлениях водорода до 9 ГПа и содержащих до 7 вес.% Н, часть атомов водорода присоединена к углероду посредством ковалентных связей, а основное количество водорода располагается между углеродными сетками. (ИФТТ РАН, ИПХФ РАН)

Физика полупроводников. Впервые наблюдалось когерентное связывание экситонов в искусственных молекулах, построенных из двух квантовых точек. Результат получен при исследовании в магнитном поле тонкой структуры основного состояния экситона в InGaAs/GaAs-квантовых точках, вертикально связанных в пары. Предложена модель, объясняющая особенности обнаруженных расщеплений. (ИФТТ РАН)

Построена микроскопическая теория резонансного туннелирования носителей тока в сверхрешетках и системах квантовых ям со слабой связью с учетом различных механизмов рассеяния носителей, позволяющая получать данные о плотности состояний в яме при учете процессов внутриямной релаксации с существенно большей точностью, чем в случае использования теории возмущения в обычной форме.(ФИАН)

В условиях сильного обменно-корреляционного взаимодействия двумерной электронной жидкости измерена эффективная масса квазичастиц. Обнаружено ее драматическое возрастание при уменьшении концентрации электронов и показано, что масса не зависит от степени спиновой поляризации электронной системы. (ИФТТ РАН)

Обнаружены необычные свойства стимулированного параметрического рассеяния экситонных поляритонов в микрорезонаторах, качественно отличные от предсказываемых в рамках стандартной стационарной модели четырехволнового смешивания. Найдены условия фотовозбуждения, при которых происходит эффективная релаксация поляритонов на дно нижней поляритонной зоны, характерная для бозе-конденсированного состояния. (ИФТТ РАН, ФИАН, ИОФАН)

В спектре плазменных возбуждений двумерной электронной системы с высокой подвижностью электронов обнаружено проявление эффектов запаздывания. Показано, что в нулевом магнитном поле из-за гибридизации плазменной и световой мод, наблюдается значительное уменьшение резонансной плазменной частоты. В перпендикулярном магнитном поле обнаружена необычная зависимость частоты гибридной циклотрон-плазмонной моды от магнитного поля. (ИФТТ РАН)

Обнаружен и исследован в системе двумерных электронов новый тип периодических по прямому магнитному полю транспортных осцилляций, индуцированных микроволновым излучением, период которых определяется частотой электромагнитного облучения, плотностью электронов и расстоянием между контактами в структуре. Эффект перспективен для создания детекторов, селективно чувствительных и перестраиваемых в диапазоне частот от 100 МГц до нескольких ТГц. (ИФТТ РАН)

Показано, что в асимметричной двойной квантовой яме возникает взаимодействие оптической и межподзонной ветвей 2D-плазменных колебаний, а также бесстолкновительное затухание оптических плазмонов при резонансе с межподзонным континуумом. При инверсии заселенностей подзон в области резонанса с межподзонным континуумом возможно усиление плазменных волн оптической ветви. (ИФП СО РАН)

Разработан способ изготовления МДП-структур на поверхности монокристаллов чистых органических полупроводников, в которых и сам полупроводник, и слой затворного диэлектрика являются органическими. Достигнута подвижность дырок, в десятки раз превышающая полученную ранее в органических структурах. (ФИАН)

Создан квантовый интерферометр с эффективным радиусом 90 нм, имеющий рабочую температуру до 15 К. Освоение масштаба размеров наноструктур 10-100 нм и, как следствие, повышение рабочей температуры интерферометра стало возможным благодаря новой технологии наноструктурирования, основанной на глубоком локальном анодном окислении поверхностей титана, арсенида галлия и кремния.

На основе гетероструктур Ge/Siс квантовыми точкамиGeсозданы фотоприемные элементы для волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) в диапазоне длин волн=1.3-1.55 мкм, способные встраиваться в комплекс фотонных компонентов ВОЛС на едином кремниевом чипе. Максимальная квантовая эффективность достигает значений 21% и 16% на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм, соответственно. (ИФП СО РАН)

Впервые создан дислокационный Si-светодиод с энергией кванта 0,75 эВ и внешней эффективностью при комнатной температуре 0,2 %, что находится на уровне лучших из известныхSi-светодиодов. Времена отклика при этом на порядок меньше, чем уSiсветодиодов, работающих на зон-зонной рекомбинации. (ИФТТ)

Созданы лазеры с квантовыми ямами InGaAsNс непрерывным режимом генерации на длине волны 1.3 мкм, с выходной оптической мощностью более 4 Вт при комнатной температуре и с устойчивой генерацией вплоть до 100°C. Срок службы при температурах 40-65°Cи высоких плотностях тока (3-4 кА/см²) составляет несколько тысяч часов. Созданы монолитные вертикально излучающие лазеры.

Предложен новый способ литографии – электростатическая нанолитография, состоящая в локальном изменении электрических свойств поверхностей под зондом атомно-силового микроскопа. Продемонстрирована локальная зарядка слоев окисла SiO₂с внедренными нанокристаллами Si и переполяризация PbZr_0.47Ti_0.530₃ферроэлектрических пленок. Локальность воздействия характеризуется латеральными размерами участков с измененными свойствами, находящимися на уровне 100 нм.

В GaNобнаружено и исследовано формирование смешанных поляритонных мод. В спектрах фотолюминесценцииGaNобнаружено формирование отрицательно заряженных трионов с энергий связи 30,5 мэВ. (ФТИ РАН)

В эпитаксиальных структурах Si:Erобнаружен новый оптически активный центр, люминесцирующий в области 1,54 мкм. Выявлены парамагнитная природа и его кристаллографическая орторомбическая симметрия. Развита технология формирования преимущественно одного оптически активного центра ионаEr³⁺с предельно узкой линией люминесценции, что делает эпитаксиальныеSi:Erструктуры перспективными для оптоэлектронных приложений. (ИФМ РАН)

В стеклообразном полупроводнике SbSIобнаружен структурный фазовый переход первого рода приТ=198К в полярное состояние (дипольное стекло). Сложный спектр фотолюминесценции стеклообразногоSbSIуказывает на существование в нем двух типов структурных единиц и сильное электрон-фононное взаимодействие. (ИФ ДНЦ РАН)

В полуизолирующих полупроводниках обнаружены нелинейные явления, связанные с волнами пространственного заряда (ВПЗ): полное (пространственное и временное) выпрямление ВПЗ, генерация второй гармоники ВПЗ, самодефлекция лазерных лучей, удвоение волнового вектора ВПЗ. Проведен теоретический анализ этих явлений и указаны пути их практического использования. (ФТИ РАН)

Синтезированы трехмерные фотонные кристаллы на основе полупроводниковых композитов опал GаP и опал GaPN, обладающие выраженными фотонно-кристаллическими свойствами и представляющие интерес для практических разработок. (ИФ ДНЦ РАН)

Разработаны основы нового метода создания полупроводниковых гетероструктур с атомарно-гладкими границами прямым сращиванием и водородно-индуцированным скалыванием по массиву копланарных микротрещин в эпитаксиальном дельта-слое. Метод принципиально важен при создании нанотранзисторов с размерами активной области до 10 нм, требующих толщину слоя кремния в несколько нм. (ИФП СО РАН)

Структура и свойства кристаллов.Путем спекания без приложения внешнего давления при микроволновом нагреве излучением (30 ГГц) с контролируемой переменной скоростью получена плотная, более 98% от теоретического значения, наноструктурная алюминооксидная керамика со средним размером зерна порядка 85 нм. (ИПФ РАН)

Доказано наличие радиационно-динамической составляющей воздействия корпускулярного излучения на вещество, связанной с генерацией микроударных волн. Протекание на фронте этих волн фазовых превращений в метастабильных средах на несколько порядков величины увеличивает область воздействия ускоренных частиц на структуру и свойства материалов. (ИЭФ УрО РАН, Институт физики ионных пучков и исследования материалов, Германия)

Физика поверхности. Предложен и реализован невозмущающий метод определения атомной структуры границ раздела, формирующихся при росте металлических или полупроводниковых пленок. Показано, что на границе раздела «пленка СuI_­2 -Cu» межатомные расстояния определяются с точностью не хуже 0,02 нм. Метод может быть использован в условиях сверхвысокого вакуума в процессе роста полупроводниковых гетероструктур. (ИОФАН)

Разработан рентгеновский метод определения местоположения атомов определенного типа в монослоях органических молекул, находящихся на поверхности жидкости или твердой подложки, позволивший изучить защитное действие лекарственного препарата «ксидифон», препятствующее проникновению атомов свинца через белково-липидные мембраны. (ИКАН)

Установлено, что поверхностная фаза Si(100)4x3-In является упорядоченным массивом магических нанокластеров Si₅In₆, модифицирование 35% которых в определенных условиях можно рассматривать как легирование магических кластеров. (ИАПУ ДвО РАН)

Развит метод, позволяющий по данным рентгеновской дифрактометрии высокого разрешения выявить структурный механизм формирования низкоразмерных слоев и границ раздела в многослойных системах. (ИКАН)