Экзотический чармоний
Г.В. Пахлова, П.Н. Пахлов, С.И. Эйдельман
Обзор посвящён наиболее значимым экспериментальным результатам в области спектроскопии, рождения и распадов чармония и чармониеподобных состояний. Благодаря многочисленным сюрпризам физика чармония в последние годы привлекает особое внимание экспериментаторов и теоретиков. Свойства многих открытых состояний не согласуются с ожиданиями, и теория скорее готова признать существование экзотических систем, отличных от привычных связанных $c \bar{c}$-состояний, в спектре чармониеподобных частиц, чем объяснить их необычные свойства.
Статья представляет собой расширенную версию доклада, представленного на Научной сессии Отделения физических наук РАН 14 декабря 2009 г.
Поверхностные состояния в фотонных кристаллах
А.П. Виноградов, А.В. Дорофеенко, А.М. Мерзликин, А.А. Лисянский
Рассматривается распространение поверхностных электромагнитных волн по границе фотонных кристаллов (ФК). Показано, что в ряде случаев эти волны могут быть обратными. Обсуждается природа поверхностных, локализованных на границе ФК электромагнитных состояний, не переносящих энергии вдоль этой границы (тангенциальное волновое число этих состояний равно нулю). Проводится аналогия с известными в физике твёрдого тела таммовскими и шоклиевскими поверхностными состояниями. Показано, что в случае ФК оба типа состояний можно рассматривать как таммовские. Приведены результаты экспериментов по обнаружению поверхностных состояний. Рассматривается система, позволяющая управлять поверхностным состоянием с помощью внешнего магнитного поля.
Аппаратура и методы исследования углеродных нанотрубок
Для многих применений, в частности, в наноэлектронных системах необходимо иметь нанотрубки со строго фиксированными величинами электрофизических параметров. В данном обзоре рассматриваются аппаратура, методы исследования и измерения основных электрофизических параметров углеродных нанотрубок (УНТ). Сравниваются теоретические и экспериментальные значения параметров УНТ, полученные разными методами. Анализируются методики подготовки образцов с УНТ для проведения различных видов исследований и измерений.
Классификация hut-кластеров Ge в массивах, формируемых на поверхности Si(001) методом молекулярно-лучевой эпитаксии при низких температурах
Методом сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) in situ выполнено морфологическое исследование и проведена классификация hut-кластеров Ge, образующих массивы квантовых точек на поверхности Si(001) при низких температурах в процессе сверхвысоковакуумной молекулярно-лучевой эпитаксии. Установлено, что два основных вида hut-кластеров германия — пирамидальные и клиновидные — имеют разное атомное строение. Сделан вывод о том, что структурные переходы между пирамидальной и клиновидной формами кластеров невозможны. Впервые выявлены и исследованы производные виды кластеров — обелиски (или усечённые клинья) и сросшиеся клиновидные кластеры; установлено, что эти виды кластеров начинают доминировать в массивах при высокой степени покрытия. Показано, что однородность массивов определяется разбросом длин клиновидных кластеров. При низких температурах роста (360 °C) зарождение новых кластеров наблюдается в процессе роста массива при любой степени покрытия атомами Ge, кроме выделенной точки, в которой массивы более однородны, чем при бóльших и меньших значениях степени покрытия. При более высоких температурах (530 °C) после начальной стадии формирования массива зарождение кластеров не наблюдалось.
О некоторых корреляциях в сейсмодинамике и двух компонентах сейсмической активности Земли
А.М. Фридман, Е.В. Поляченко, Н.Р. Насырканов
Дан краткий критический анализ статей, опубликованных в журнале "Физика Земли".
К 90-летию академика И.М. Халатникова (Научная сессия Отделения физических наук Российской академии наук, 21 октября 2009 г.)
А.Ю. Каменщик, В.Л. Покровский, И.Б. Хриплович
21 октября 2009 г. в конференц-зале Физического института им. П.Н. Лебедева РАН состоялась научная сессия Отделения физических наук, посвящённая 90-летию академика И.М. Халатникова. На сессии были заслушаны доклады:
- Андреев А.Ф. (Институт физических проблем им. П.Л. Капицы РАН, Москва). Дефицит импульса в квантовых стёклах.
- Каменщик А.Ю. (Болонский университет и отделение Национального института ядерной физики, Болонья, Италия; Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН, Москва). Проблема сингулярностей и хаос в космологии.
- Покровский В.Л. (Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН, Москва, A&M Университет Техаса, США). Поверх барьеров (о рассеянии частиц высоких энергий).
- Хриплович И.Б. (Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера РАН, Новосибирск). Экранирование и антиэкранирование заряда в калибровочных теориях.
Квантовая хромодинамика и физика адронных столкновений
Рассмотрены основные принципы, лежащие в основе использования квантовой хромодинамики для объяснения структуры процессов с большими переданными импульсами в высокоэнергетичных адронных столкновениях. Проиллюстрировано несколько важных приложений для Тэватрона и Большого адронного коллайдера.
Нелокальная кинетика электронов в газоразрядной плазме
Рассмотрено развитие электронной кинетики в неравновесной плазме тлеющих разрядов, начиная с классических работ Ленгмюра и по настоящее время. Показано, что многие явления, характерные для неравновесной плазмы, такие как структура приэлектродных областей, пространственное распределение ионизации и свечения, страты, потоки частиц и энергии, могут быть адекватно поняты только на основе кинетических представлений.
Оптический разряд в поле лазерного бесселева пучка
Рассмотрены особенности распространения лазерного излучения при аксиконном фокусировании. Исследованы характер пробоя газов в поле лазерного бесселева пучка, газодинамическое расширение образующейся плазмы, структура оптических разрядов и плазменных каналов.
Экспериментальные методы определения температуры и теплоты плавления кластеров и наночастиц
В отличие от макроскопического вещества кластеры и наночастицы не имеют чётко фиксированной температуры плавления при данном давлении. В них твёрдая и жидкая фаза в некоторой области температур сосуществуют, а температура плавления зависит от размера частиц. С уменьшением размера частиц определение температуры плавления становится принципиально сложной проблемой. Представлен обзор методов измерения температуры и теплоты плавления кластеров и наночастиц. Дано определение температуры (внутренней энергии) частиц, показано её влияние на свойства частиц и процессы с их участием. Выполнен анализ особенностей плавления кластеров и наночастиц по сравнению с плавлением объёмного вещества. Описываются ранние методы определения температуры плавления больших кластеров. Рассмотрены новые прецизионные методы измерения температуры и теплоты плавления кластеров, в которых в качестве измерителей энергии используются сами кластеры, играющие роль "высокочувствительных калориметров". Кратко обсуждаются лазерные методы плавления наночастиц.
Сегнетоэлектрические нанокристаллы и их переключение
В.М. Фридкин, Р.В. Гайнутдинов, С. Дюшарм
Поведение наноразмерных сегнетоэлектриков привлекло к себе большое внимание из-за возросшего интереса к фундаментальным свойствам и природе наноразмерных, спонтанно поляризованных сегнетоэлектрических структур и перспектив их практического применения в качестве электромеханических датчиков, инфракрасных фоточувствительных сред и элементов памяти. В последние годы отмечается повышенное внимание исследователей к выращиванию и изучению сегнетоэлектрических нанокристаллов. Несмотря на ограниченное количество публикаций, мы надеемся, что этот обзор окажется своевременным и полезным.
Расчёт плотности энергии кремниевых светящихся шаров подобных шаровой молнии
Г.С. Пайва, Дж.В. Феррейра, К.К. Бастос, М.В.П. дос Сантос, А.К. Павао
Плотность энергии кремниевых светящихся шаров [Phys. Rev. Lett. 98 048501 (2007)] вычисляется с помощью сферической модели, представляющей собой металлическое ядро, окружённое атмосферой из окисляющегося кремния. Экспериментальные данные в сочетании с молекулярными расчётами энтальпии реакции окисления методом орбиталей приводят к средней плотности энергии в шаре 3,9 МДж м-3, которая находится в том же диапазоне плотностей энергии, что и различные оценки для природной шаровой молнии. Настоящий вывод свидетельствует в пользу теории кремниевой шаровой молнии.
Квантовый фазовый переход сверхпроводник – изолятор
В.Ф. Гантмахер, В.Т. Долгополов
Обсуждение проблемы переходов сверхпроводник – изолятор осуществляется циклически на разных уровнях, напоминая движение по спирали. На первом уровне обсуждаются физические явления и процессы, которые формально к теме переходов не относятся, но играют важную роль при реализации переходов и их наблюдении: сверхпроводимость в материалах с пониженной электронной плотностью, транспорт и магнетосопротивление в сверхпроводящих островковых плёнках и гранулированных высокорезистивных материалах со сверхпроводящими гранулами, переход Березинского – Костерлица – Таулеса. На втором уровне рассматриваются и резюмируются результаты разных микроскопических подходов к проблеме, основанных как на теории Бардина – Купера – Шриффера (подавление температуры сверхпроводящего перехода беспорядком, решающая роль кулоновской блокады в высокорезистивных гранулированных сверхпроводниках, сверхпроводящие флуктуации в сильном магнитном поле), так и на теории бозе-эйнштейновской конденсации. Отдельно рассматриваются феноменологические теории, исходящие из скейлинговой гипотезы. Экспериментальные исследования, в основном транспортные измерения, составляют содержание третьего уровня. Для удобства они классифицированы по типу материала: ультратонкие плёнки, материалы с изменяемым составом, высокотемпературные сверхпроводники, материалы с переходом сверхпроводник – "плохой" металл. Отдельно излагаются данные о нелинейных явлениях в окрестности перехода сверхпроводник – изолятор. Наконец, на последнем, четвёртом, уровне, при подведении итогов, заново перечисляются основные аспекты проблемы, для того чтобы понять, что требует дополнительного изучения и как его можно организовать. Обсуждаются также некоторые сравнительно новые результаты, которые могут сыграть ключевую роль в поисках ответов на оставшиеся вопросы.
Нелинейные аспекты квантовой физики плазмы
Плотная квантовая плазма повсеместно встречается во внутренних областях планет, в компактных астрофизических объектах (например, внутри белых карликов, в магнитарах и т.д.), в полупроводниках и микромеханических системах, а также в экспериментах следующего поколения по взаимодействию мощных лазеров с плотной плазмой мишеней и в квантовых рентгеновских лазерах на свободных электронах. В отличие от классической плазмы, в квантовой могут возникать крайне высокие концентрации и низкие температуры частиц. Такая квантовая плазма состоит из вырожденных электронов, позитронов и дырок. Масса позитрона (дырки) равна (немного отличается) массе электрона, а их заряды противоположны. Вырожденные заряженные частицы (электроны, позитроны, дырки) подчиняются статистике Ферми – Дирака. В квантовой плазме появляются новые силы, связанные 1) с квантовым статистическим давлением электронов и позитронов, 2) с туннелированием электронов и позитронов через потенциал Бома и 3) с моментами спина электронов и позитронов. Учёт этих квантовых сил приводит к появлению сверхвысокочастотных дисперсионных электростатических и электромагнитных волн (например, в областях жёсткого рентгеновского и гамма-излучения) с чрезвычайно короткими длинами волн. В настоящем обзоре представлены теоретические основы важных нелинейных аспектов взаимодействий типа волна-волна и волна-частица в плотной квантовой плазме. В частности, значительное внимание уделено нелинейным электростатическим электронным и ионным плазменным волнам, новым аспектам трёхмерной турбулентности квантовой электронной жидкости, в том числе нелинейно связанным интенсивным электромагнитным волнам и локализованным плазменным волновым структурам. Также обсуждаются кинетические структуры в фазовом пространстве и возможные механизмы генерации квазистационарных магнитных полей в плотной квантовой плазме. Обсуждается влияние внешнего магнитного поля и момента спина электрона на динамику электромагнитной волны. В заключении отмечены направления развития нелинейной квантовой физики плазмы.
Микроскоп ближнего поля как инструмент для исследования наночастиц
Показано, что поле переменного диполя, наведённое светом на конце зонда микроскопа ближнего поля, обеспечивает его более высокую разрешающую способность по сравнению с обычным оптическим микроскопом.
О функции распределения числа частиц в бозе-эйнштейновском конденсате идеального газа
Рассматриваются рекуррентные методы вычисления статсуммы для канонического ансамбля идеального бозе-газа, позволяющие находить функцию распределения числа частиц в бозе-эйнштейновском конденсате для ансамбля, состоящего из конечного числа частиц, когда приближение термодинамического предела оказывается неоправданным. Наряду с ранее известным рекуррентным методом (по числу частиц) предлагается итерационная процедура по числу состояний. Эффективность обоих методов демонстрируется на примере идеального газа, заключённого в трёхмерную изотропную гармоническую ловушку.
Затопленная струя Ландау: точные решения, их смысл и приложения
Рассказывается о точных решениях уравнений гидродинамики, обобщающих решение Ландау о затопленной струе. Показано, как получить точные решения для невязких сред и учесть влияние вязкости в пограничном слое с помощью введения параболических координат. Обсуждается использование точных решений в прикладных задачах технической гидродинамики и акустики. Приводятся исторические факты, связанные с открытием класса точных решений и анализом их физического смысла.
К 70-летию формулировки граничного условия Леонтовича (отклик на статью В.И. Альшица и В.Н. Любимова "Обобщение приближения Леонтовича для электромагнитных полей на границе диэлектрик – металл")
Обсуждается вопрос о граничном условии на поверхности хорошо проводящих тел, которое было сформулировано Леонтовичем 70 лет тому назад. Подвергается сомнению справедливость утверждения Альшица и Любимова [УФН 179 865 (2009)] о том, что точность граничного условия оказывается выше, чем полагал сам автор. Указывается на статью Рытова, написанную по предложению Леонтовича и опубликованную в 1940 г., из которой очевидно, что Леонтович был вполне осведомлён о точности предложенного им граничного условия.
Памяти Виталия Лазаревича Гинзбурга
М.С. Аксентьева, В.А. Рубаков, О.В. Руденко
Электрон-фононное взаимодействие в недодопированных высокотемпературных сверхпроводниках
Представлены результаты, свидетельствующие о существенной роли электрон-фононного взаимодействия в соединениях, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью. Особое внимание уделяется анализу проявлений электрон-фононного взаимодействия в фотоэмиссии с угловым разрешением и оптической проводимости. На основе сравнения экспериментальных и теоретических данных определена безразмерная константа связи с фононами λ. Недопированные соединения находятся в режиме сильной связи, при котором константа связи λ близка к единице. При допировании дырками константа λ уменьшается, и при оптимальных концентрациях дырок соединения находятся уже в режиме промежуточной связи.
О применении хаотической синхронизации для скрытой передачи информации
А.А. Короновский, О.И. Москаленко, А.Е. Храмов
Представлен обзор результатов по применению хаотической синхронизации для скрытой передачи информации. Рассмотрен ряд способов и устройств для скрытой передачи данных, основанных на различных типах синхронного поведения. С целью сопоставления известных методов друг с другом введены в рассмотрение и оценены различные количественные характеристики работоспособности схем. Обнаружен сверхустойчивый к шумам способ скрытой передачи информации, основанный на явлении обобщённой хаотической синхронизации. Впервые эффективность всех рассмотренных методов систематически проверена с помощью численного моделирования однонаправленно связанных хаотических систем Рёсслера, выбранных в качестве генераторов передающего и принимающего устройств. Рассмотрены принципиальные достоинства и недостатки схем передачи информации на основе синхронизации хаотических колебаний. Приведён обзор экспериментальных результатов в этой области.
Страсть к симметрии
М. Кобаяси, Т. Маскава, Й. Намбу
Информация Нобелевского комитета.
7 октября 2008 г. по решению Шведской Королевской академии наук Нобелевская премия по физике за 2008 г. была присуждена: половина — Йоитиро Намбу (Yoichiro Nambu) (Иститут Энрико Ферми, университет Чикаго, США), за открытие механизма спонтанного нарушения симметрии в субатомной физике и другая половина — совместно Макото Кобаяси (Makoto Kobayashi) (Научно-исследовательский центр физики высоких энергий KEK, Цукуба, Япония) и Тосихиде Маскава (Toshihide Maskawa), (Институт теоретической физики им. Юкавы, YITP, университет Киото, Япония), за открытие природы возникновения нарушенной симметрии, которое привело к предсказанию существования как минимум трёх поколений кварков в природе.
CP-нарушение и смешивание ароматов
Нобелевская лекция. Стокгольм, 8 декабря 2008 г.
О чём говорит CP-нарушение
Нобелевская лекция. Стокгольм, 8 декабря 2008 г.
Ландау и современная физика
Статья посвящена истории создания и дальнейшего развития знаменитых работ Ландау о фазовых переходах, диамагнетизме электронного газа (уровнях Ландау) и квантовых переходах при пересечении термов (явлении Ландау - Зинера) и их роли в современной физике.
Настоящая статья частично основывается на тексте доклада, сделанном на Научно-мемориальной сессии, посвящённой 100-летию со дня рождения Л.Д. Ландау (1908 - 1968), проходившей 19 - 20 июня 2008 г. в Центральном доме учёных РАН, Москва. Текст данной статьи был подготовлен как комментарий к юбилейному переизданию сочинений Л.Д. Ландау в 2008 г., но по не зависящим от автора причинам в это издание не вошёл.
Самый замечательный человек среди учёных (к 130-летию со дня рождения Л.И. Мандельштама)
В статье изложены новые данные и приведены архивные документы, освещающие биографию и относящиеся к научной деятельности одного из выдающихся физиков первой половины XX столетия — Леонида Исааковича Мандельштама.
Школа современной астрофизики — 2009
О пятой ежегодной Школе современной астрофизики, посвященной в этом году физике Солнца и солнечной системы.
Новые книги по физике и смежным наукам
Исследование слоистых сверхпроводников в рамках теории с электрон-фононным механизмом спаривания
Представлен обзор последних результатов в исследовании слоистых сверхпроводников на основе теории Элиашберга. В рамках этой теории вычислена критическая температура слоистых сверхпроводников и рассмотрено влияние на неё эффектов неадиабатичности. Исследовано также влияние кулоновского отталкивания на критическую температуру для произвольных толщин проводящих слоев. Кроме того, были применены уравнения Бардина - Купера - Шриффера (БКШ) для слоистых сверхпроводников для вычисления скачка теплоёмкости, который оказался меньшим, чем в изотропной теории БКШ. Рассчитан спектр плазмонов в слоистых сверхпроводниках с произвольной толщиной проводящих слоев. С помощью функционала Гинзбурга - Ландау для свободной энергии исследовано влияние флуктуаций фазы параметра порядка на критическую температуру слоистых сверхпроводников. Показано, что результаты находятся в качественном согласии с рядом экспериментальных данных для высокотемпературных сверхпроводников и недавно открытого MgB2.
Современные достижения в исследовании фазовых превращений в оксидах 3d-металлов при высоких и сверхвысоких давлениях
В магнитных системах с сильными электронными корреляциями теория предсказывает индуцированный давлением фазовый переход диэлектрик—металл, который сопровождается коллапсом локализованного магнитного момента и структурным фазовым переходом. Однако величины давлений, при которых должны наблюдаться эти эффекты, очень велики и труднодоступны для эксперимента. В обзоре суммированы последние результаты экспериментальных исследований влияния высоких и сверхвысоких давлений на магнитную и кристаллическую структуру, на электронные и спиновые состояния, а также на транспортные свойства некоторых оксидов 3d-металлов с различной кристаллической структурой.
Дробно-дифференциальный подход к описанию дисперсионного переноса в полупроводниках
В обзоре излагается новый подход к описанию дисперсионного переноса в неупорядоченных полупроводниках, основанный на уравнениях с производными дробного порядка. Установлена связь автомодельности дисперсионного переноса, устойчивых предельных распределений и кинетических уравнений с дробными производными. Показано, что в отличие от известных моделей Шера—Монтролла и Архипова—Руденко, в определённом смысле альтернативных модели нормального переноса, дробно-дифференциальные уравнения описывают нормальный и дисперсионный перенос в рамках единого математического подхода. Дробно-дифференциальный формализм позволяет записать уравнения амбиполярного дисперсионного переноса и описать перенос в средах с распределённым дисперсионным параметром. Связь дробно-дифференциальных уравнений с обобщённой предельной теоремой вскрывает вероятностные аспекты феномена перехода от дисперсионного типа переноса к нормальному во времяпролётном эксперименте при уменьшении внешнего напряжения и/или увеличении толщины образца.
О термодинамике массопереноса в неизотермических молекулярных жидких смесях
Проведено последовательное рассмотрение массопереноса в неизотермической бинарной молекулярной смеси с помощью термодинамики неравновесных процессов, которое впервые позволяет получить описание массопереноса в непротиворечивой и однозначной форме. Сравниваются между собой термодинамический и гидродинамический подходы. Показано, что неравновесная термодинамика и физико-химическая гидродинамика, по существу, дают одинаковые результаты для молекулярных систем. Определены границы применимости рассматриваемого варианта термодинамического подхода для больших частиц.
Перспективы развития фундаментальной физики и астрономии (Научная сессия Общего собрания Отделения физических наук Российской академии наук, 15 декабря 2008 г.)
15 декабря 2008 г. в конференц-зале Физического института им. П.Н. Лебедева РАН состоялась Научная сессия Общего собрания Отделения физических наук Российской академии наук "Перспективы развития фундаментальной физики и астрономии". На сессии были заслушаны доклады:
- Матвеев В.А. (Институт ядерных исследований РАН, Москва). Вступительное слово.
- Кардашев Н.С. (Астрокосмический центр, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва). Вселенная до 2030 года и после.
- Зелёный Л.М. (Институт космических исследований РАН, Москва). Перспективы Российской программы исследований физических процессов в Солнечной системе.
- Самсонов В.М. (Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН, г. Гатчина, Ленинградская обл.). Перспективы развития нейтронных исследований в России.
- Литвак А.Г. (Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород). Состояние и тенденции развития СВЧ-электроники большой мощности.
- Руденко О.В. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет, Москва). О текущих и перспективных исследованиях в области прикладной физики, связанных с акустикой.
- Бондарь А.Е. (Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск). Тяжёлые кварки и тау-лептоны: достижения и перспективы.
Исследования Солнечной системы: состояние и перспективы
Л.М. Зеленый, А.В. Захаров, Л.В. Ксанфомалити
В статье изложены современные представления о Солнечной системе и планетах других звёзд, о современном состоянии и будущих проектах космических исследований, проводимых в России и за рубежом.