Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау

Российской академии наук

Прошедшие теоретические семинары в ИФП им. П.Л. Капицы

Duality in Power-Law Localization in Disordered One-Dimensional Systems

22 марта в 11:00

В.Е. Кравцов (Abdus Salam ICTP, Trieste)

The transport of excitations between pinned particles in many physical systems may be mapped to single-particle models with power-law hopping, 1/rα. For randomly spaced particles, these models present an effective peculiar disorder that leads to surprising localization properties. We show that in one-dimensional systems almost all eigenstates (except for a few states close to the ground state) are power-law localized for any value of α > 0. Moreover, we show that our model is an example of a new universality class of models with power-law hopping, characterized by a duality between systems with long-range hops (α < 1) and short-range hops (α > 1), in which the wave function amplitude falls off algebraically with the same power γ from the localization center. The paper has just been published: X. Deng, V. E. Kravtsov, G. V. Shlyapnikov, and L. Santos, Phys. Rev. Lett. 120, 110602 (2018).


Quantum simulation of Luttinger liquid physics in Josephson transmission lines

25 января в 11:30

Владимир Манучарян (University of Maryland)

Here we present the first quantum simulator for an impurity scattering in interacting 1D wires. The simulator consists of a transmission line made out of more than 30,000 Josephson junctions serving as a high-impedance media for microwave photons and a small phase slip Josephson junction playing the role of a back-scattering impurity. The system can be described by a boundary sine-Gordon model where the interaction strength is defined as g = Z/Rq with Z being the transmission line impedance and Rq = 6.5 kOhm the resistance quantum. By measuring scattering amplitudes and a spectrum of inelastically scattered microwave photons we can find the first and higher order correlation functions related to an AC conductance of the impurity. The controllability of the transmission line parameters and the finite size of the system allow us to fabricate lines with impedances exceeding Rq while keeping the phase slip rate of the line’s junctions very low. It gives us the unique opportunity to test Luttinger liquid physics at both sides of the critical point g = 1. A similar experimental setup can be used to simulate a Kondo impurity.

pdf, pdf

Спиновые флуктуации электронов в полупроводниках

16 ноября 2017 в 11:00

М.М. Глазов (Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН)

В последние десять лет возник интерес к изучению флуктуаций спинов электронов и электрон-дырочных комплексов в полупроводниках и полупроводниковых наносистемах. В докладе представлена теория спиновых флуктуаций электронов, локализованных в полупроводниковых квантовых точках, или связанных на донорах в объемном полупроводнике, учитывающая сверхтонкое взаимодействие спинов носителей заряда со спинами ядер основной решетки. Показано, что спектр спиновых шумов несет информацию как о функции распределения ядерных полей, так и о прыжках электронов между центрами локализации. Анализируются проявления в спектре шумов обменного взаимодействия между электронами, локализованными на соседних центрах. Результаты теории сопоставлены с данными экспериментов. Литература: [1] M. M. Glazov and E. L. Ivchenko, Spin noise in quantum dot ensembles, Phys. Rev. B 86, 115308 (2012). [2] Д.С. Смирнов, М.М. Глазов, Е.Л. Ивченко, Влияние обменного взаимодействия на спиновые флуктуации локализованных электронов, ФТТ 54, 254 (2014). [3] M. M. Glazov, Spin noise of localized electrons: Interplay of hopping and hyperfine interaction, Phys. Rev. B 91, 195301 (2015). [4] A. V. Shumilin, E. Ya. Sherman, and M. M. Glazov, Spin dynamics of hopping electrons in quantum wires: Algebraic decay and noise, Phys. Rev. B 94, 125305 (2016). [5] Ph. Glasenapp, D. S. Smirnov, A. Greilich, J. Hackmann, M. M. Glazov, F. B. Anders, and M. Bayer, Spin noise of electrons and holes in (In,Ga)As quantum dots: Experiment and theory, Phys. Rev. B 93, 205429 (2016).

Interaction induced topological phases in one dimension

14 сентября 2017 в 11:30

Sam Carr (University of Kent, England)

We consider a one-dimensional single channel quantum wire with a spin gap but gapless charge excitations. We show that the spin gap can be generated in two different ways, one of which has non-trivial topological properties. This topology manifests itself in two ways - firstly in the existence of gapless single-particle edge states, and secondly in an insensitivity of the wire to weak impurities reminiscent of the helical edge states of two dimensional topological insulators. We will demonstrate a number of ways such a phase of matter can be engineered, including spin-orbit quantum wires or two coupled helical edge states. If time permits, we will also touch on recent work concerning strong impurities in such systems. References: [1] Kairanis and Carr, PRB 92, 035139 (2015). [2] Santos, Gutman and Carr, PRB 93, 235436 (2016). [3] Kainaris, Santos, Gutman and Carr, Forschr. Phys. 1600054 (2017). [4] Kainaris, Carr and Mirlin, coming soon.

Влияние электрон-электронного рассеяния на проводимость многомодовых баллистических контактов и каналов

25 мая 2017 в 11:30

К.Э. Нагаев (ИРЭ, теория), В.С. Храпай (ИФТТ, эксперимент)

Приводятся теоретические и экспериментальные результаты по электропроводности широких баллистических контактов в двумерном электронном газе при наличии электрон-электронного рассеяния за пределами гидродинамического приближения. Обсуждаются линейная зависимость поправки к электропроводности от температуры и положительное магнетосопротивление в слабых полях. Рассматривается также противоположный случай длинного канала с гладкими стенками.

Together we can: transport properties of electron viscous flows

27 апреля 2017 в 11:30

Л. Левитов (MIT)

Strongly interacting electrons can move in a neatly coordinated way, reminiscent of the movement of viscous fluids. In viscous electron flows interactions give rise to a collective behavior, facilitating transport and allowing conductance to exceed the fundamental Sharvin-Landauer ballistic limit Gball. This talk will describe a theory of the ballistic-to-viscous crossover in a constriction exhibiting the ballistic transport at T = 0 but governed by electron hydrodynamics at elevated temperatures. An approach based on quasi-hydrodynamic variables predicts an additive relation G = Gball + Gvis, where the viscous contribution Gvis dominates over Gball in the hydrodynamic limit. We will also discuss recent measurements of electron transport through graphene constrictions, finding that conductance below 150 K increases with increasing temperature. The measurements help to identify the conductance contribution arising due to electron viscosity and determine its temperature dependence. Besides fundamental interest, this work shows that viscous effects can facilitate high-mobility transport at elevated temperatures, a potentially useful behavior for designing graphene-based devices.

Индуцированная магнитным полем прозрачность квантового метаматериала, состоящего из зеркальных потоковых кубитов

12 января 2017 в 11:30

Кирилл Шульга (Российский квантовый центр и МИСиС)

В своем докладе я расскажу об обнаруженном нами эффекте, возникающем в квантовом сверхпроводящем метаматериале в пределе сильной связи. Метаматериал состоит из цепочки мета-атомов (кубитов), каждый из которых содержит два сверхпроводящих кольца, соединенных туннельным переходом. Электромагнитные свойства такого материала могут быть описаны квантовой индуктивностью каждого атома, которой можно управлять в широком частотном диапазоне при помощи изменения внешнего магнитного поля. Резкое подавление прохождения микроволнового излучения через такой метаматериал чередуется с его резонансным усилением, возникающим из-за расщепления между вырожденными потоковыми состояниями. Основное состояние системы может быть переключено в состояние суперпозиции двух потоковых состояний, приложением к образцу магнитного поля определенной величины. Будет представлено несколько квантовых моделей поведения такой системы, которые могут описать полученные экспериментальные данные.

Replica approach with one step replica symmetry breaking in the problem of Anderson localization on the Bethe lattice

29 декабря 2016 в 11:30

В.Е. Кравцов (Abdus Salam ICTP, Trieste)

We formulate general criteria for localized, extended ergodic and extended non-ergodic (multifractal) phases in disordered quantum systems and apply these criteria to the problem of Anderson localization on Bethe lattice, random regular graphs and generalized Rosenzweig-Porter random matrix ensemble. We focus on the replica symmetry breaking approach to the problem and show how this approach provides a natural classification of phases and phase transitions.

Finite-temperature conductance of strongly interacting quantum wire with a helical nuclear spin order

15 декабря 2016 в 11:30

Павел Асеев (University of Basel)

We study the temperature dependence of the electrical conductance of a clean strongly interacting quantum wire in the presence of a helical nuclear spin order. The nuclear spin helix opens a temperature-dependent partial gap in the electron spectrum. Using a bosonization framework we describe the gapped electron modes by sine-Gordon-like kinks. We predict an internal resistivity caused by an Ohmic-like friction these kinks experience via interacting with gapless excitations. As a result, the conductance rises from G=e^2/h at temperatures below the critical temperature when nuclear spins are fully polarized to G=2e^2/h at higher temperatures when the order is destroyed, featuring a relatively wide plateau in the intermediate regime. The theoretical results are compared with the experimental data for GaAs quantum wires obtained recently by Scheller et al. [Phys. Rev. Lett. 112, 066801 (2014)]. (arXiv:1611.10238)

О подсчете числа точек равновесия в неупорядоченных системах

8 декабря 2016 в 11:30

Ян Фёдоров (King's College London)

Я планирую обсудить кратко две работы, связанные общей идеологией о подсчете числа точек равновесия в неупорядоченных системах. В первой части, следуя работе ArXiv:1610.04831, я опишу, как такая задача решается для нерелаксационной динамики в модели типа спинового стекла на сфере большой размерности, и обсужу фазовый переход в режим экспоненциально большого числа точек равновесия. Во второй части (основанной на еще не завершенной работе с P. Le Doussal и C. Texier) я кратко обрисую подсчет числа точек равновесия для направленного полимера в случайном потенциале, где задача сводится к изучению флуктуаций показателя Ляпунова в одномерной локализации в режиме лифшицевского хвоста.

Experimental search for one-dimensional edge states at surface steps of the topological insulator Bi2Se3

1 декабря 2016 в 11:30

С.В. Зайцев-Зотов (ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва)

Results of detailed study of the topological insulator Bi2Se3 surface state energy structure in the vicinity of surface steps by scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) methods are described. Increase of the chemical potential in the vicinity of the step edge is observed. The value of the increase is found to correlate with the step height and is caused by redistribution of electron wave functions between outer and inner edges of surface steps, as it is known for usual metals, as well as by presence of dangling bonds on the step. Smaller value of the shift and its larger characteristic length reflect specifics of the helical surface states. This increase is accompanied by enhancement of the relative value of the differential tunneling conductance, dI/dV, at the Dirac point and thereby produces an illusion of appearance of edge states. We show that the enhancement is reproduced in the framework of the tunneling model, which takes into account the dependence of the tunneling gap transparency on the voltage. References: [1] N.I. Fedotov, S.V. Zaitsev-Zotov, JETP Letters, 104, #11 (2016) (in press); arXiv:1609.08294. [2] N.I. Fedotov, S.V. Zaitsev-Zotov, arXiv:1609.08911.

Элементарные поверхностные химические реакции. Как и для чего их использовать

3 ноября 2016 в 11:30

К.Н. Ельцов (ИОФ им. А.М. Прохорова РАН, Москва)

Содержание: 1. Как изучают химические и структурные превращения поверхности при воздействии активных газов; 2. Взаимодействие молекулярных галогенов с поверхностью металлов; 3. Начальные стадии окисления металлов; 4. Рост графена на поверхности Ni(111); 5. Электронно-стимулированные процессы в зоне действия иглы СТМ; 6. Разработка операций атомного масштаба на поверхности для создания элементов квантового компьютера. В докладе будут представлены результаты, полученные с использованием сверхвысоковакуумной сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), для систем «активныйгаз/поверхность» в широком диапазоне степеней покрытия адсорбатом. Будет показано, что элементарный химический процесс типа Cl+Cu=CuCl с представляет собой комплекс двумерных фазовых переходов, включающий формирование одномерных атомных цепочек, формирование и сжатие двумерных решеток, конденсацию краудионов, реконструкцию и образование нового двумерного и/или объемного кристаллов. Будут рассмотрены электронно-стимулированные поверхностные химические реакции в зоне действия иглы СТМ, что позволяет использовать их для локальных воздействий на атомном уровне.

Дрожание электронов и спин-гальванический эффект в полупроводниках

13 октября 2016 в 11:30

С.А. Тарасенко (ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург)

Показано, что электроны проводимости в полупроводниковых структурах со спин-орбитальным взаимодействием во внешнем магнитном поле испытывают дрожание. Дрожащее движение (Zitterbewegung) возникает в отсутствие переменной силы, его природа аналогична природе Zitterbewegung свободных дираковских электронов. В докладе обсуждаются результаты первого экспериментального и теоретического исследования когерентного дрожания электронов, индуцированного оптической ориентацией ансамбля электронов в одинаковое спиновое состояние.

Dissipation-induced topological insulators: A recipe

22 сентября 2016 в 11:30

Moshe Goldstein (Tel-Aviv University)

It has recently been realized that driven-dissipative dynamics, which usually tends to destroy subtle quantum interference and correlation effects, could actually be used as a resource. By proper engineering of the reservoirs and their couplings, one may drive a system towards a desired quantum-correlated steady state, even in the absence of internal Hamiltonian dynamics. An intriguing class of quantum phases is characterized by topology, including the quantum Hall effect and topological insulators and superconductors. Which of these noninteracting topological states can be achieved as the result of purely dissipative Lindblad-type dynamics? Recent studies have only provided partial answers to this question. In this talk, I will present a general recipe for the creation, classification, and detection of states of the integer quantum Hall and 2D topological insulator type as the outcomes of coupling a system to reservoirs, and show how the recipe can be realized with ultracold atoms and other quantum simulators. The mixed states so created can be made arbitrarily close to pure states, and the construction may be generalized to other topological phases.

Spiraling energy dispersion of arc states in Weyl semimetals

15 сентября 2016 в 11:30

Антон Андреев (University of Washington, Seattle,USA)

Weyl semimetals are recently discovered materials in which the valence and conduction bands touch at isolated points (Weyl nodes) in the Brillouin zone. This gives rise to unusual electronic properties of these materials. In particular, Weyl semimetals host peculiar surface electron states whose Fermi lines are shaped as open arcs. I will show that static electric fields that are necessarily present near the crystal surface result in a spiraling structure of Fermi arcs. The winding angle of the spiral is controlled by the chirality of the Weyl node and the magnitude of the surface potential. I will also discuss magnetoresistance of a pn-junction in a Weyl semimetal.

Random matrix approach to the jamming transition

9 июня 2016 в 11:30

Я.М. Бельтюков (ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург)

Amorphous materials as diverse as foams, emulsions, colloidal suspensions and granular media can jam into a solid-like disordered state. In this state each particle has a certain equilibrium position and can vibrate around it. In this talk, I will show that the dynamical matrix M describing harmonic oscillations in such media can be represented in the form M = AAT. The rows of the matrix A correspond to the degrees of freedom of individual granules and its columns correspond to elastic contacts between granules. This representation allows to apply the random matrix theory and estimate the vibrational density of states. The resulting vibrational density of states is approximately constant over a wide frequency range which is determined mostly by the ratio of the number of degrees of freedom and the total number of elastic contacts in the system. The results are in a good agreement with numerical experiments performed by various authors.

Majorana fermion from Landau quantization in 2D topological superconductors

2 июня 2016 в 11:30

А.В. Рожков (МФТИ; ИТПЭ РАН; ВНИИА им. Духова)

We study the generation of Majorana fermions in a two-dimensional topological superconductor placed in a transverse magnetic field B. A topological insulator/superconductor heterostructure and a two-dimensional p-wave superconductor are discussed. It is demonstrated that in these systems a single vortex creates two Majorana fermions, one hosted at the vortex core. The wave function of the second Majorana state is localized in the superconductor volume along a circle of radius rB−1 centered at the vortex core. In the case of many vortices, the sensitivity of r to the magnetic field B may be used to control the coupling between the Majorana fermions. The latter property could be an asset for quantum computations.

Долговременные флуктуации излучения наноразмерных частиц

12 мая 2016 в 11:30

Павел Французов (Новосибирск)

Одиночные наноразмерные частицы, такие как коллоидные полупроводниковые нанокристаллы, наностержни (nanorods), нанопроволоки (nanowires) демонстрируют флуктуации интенсивности флуоресценции (мерцание) на широчайшем спектре временных масштабов, от долей миллисекунд до часов. В докладе будут обсуждаться существующие теоретические механизмы и модели мерцания наночастиц, включая модель Эфроса/Розена [Al.L. Efros & M. Rosen, Phys. Rev. Lett. 78, 1110 (1997)] и Multiple recombination center model [P.A. Frantsuzov, S. Volkan-Kacso & B. Janko, Phys. Rev. Lett. 103, 207402 (2009)].

Electro-Convective Instability in Concentration Polarization

28 апреля 2016 в 11:30

Boris Zaltzman (Blaustein Institutes for the Desert Research, Ben-Gurion University of the Negev)

DC ionic current in a binary electrolyte passing through a perm-selective interface (electrode, ion exchange membrane, micro-nano-channel junction) is a basic element of many electrochemical engineering and micro-fluidic processes, such as electrodeposition, electrodialysis and protein pre-concentration. Such current passage is diffusion-limited in the sense that it induces a decrease of electrolyte concentration towards the interface, known as concentration polarization (CP), whose expression is the saturation of current upon increasing voltage at some value known as the limiting current. Upon a further increase of voltage, this saturation is followed by a relatively rapid current increase — the so-called over-limiting conductance (OLC) regime. The mechanism of OLC remained unexplained for a long time. Only recently was it shown that in open systems OLC is due to the destruction of the diffusion layer by a micro-scale vortical flow which spontaneously develops as a result of Electro-Convective Instability near the limiting current and provides an additional ionic transport mechanism. This instability has attracted interest of both theoreticians and experimentalists. Commonly, it has been attributed to non-equilibrium electro-osmosis (EO) related to the extended space charge (ESC), which develops at the limiting current. One reason for this attribution was the realization that for a perfectly perm-selective solid, neither equilibrium EO nor bulk electric force can yield Electro-Convective Instability. On the other hand, it has been shown that non-equilibrium EO can. In the early studies, perfect perm-selectivity was assumed for the sake of simplicity. The subsequent studies of various time-dependent and nonlinear features of EO instability continued to make this assumption, while recognizing that the ESC is essentially identical for a perfect and non-perfect interface. Recently, we reported that relaxing the assumption of perfect perm-selectivity allows for equilibrium Electro-Convective Instability, irrespectively of any ESC effects. Generally, electro-convection is driven by the electric force acting both upon the space charge of an interfacial electric double layer (EDL) and the residual space charge of the quasi-electroneutral bulk. A slip-like flow induced by the former is EO, whereas the flow induced by the latter is bulk electroconvection. There are two regimes of EO that correspond to different states of the EDL and are controlled by the non-equilibrium voltage drop across it: equilibrium EO and non-equilibrium EO. While both regimes result from the action of a tangential electric field upon the space charge of the EDL, the former relates to the charge of the equilibrium EDL, whereas the latter relates to the ESC of the non-equilibrium EDL. For a perfectly perm-selective interface CP under the equilibrium EO slip condition is stable. So it is for bulk electro-convection in a low molecular electrolyte. As was recently shown, imperfect perm-selectivity makes equilibrium instability possible, driven by either equilibrium EO or bulk electro-convection, or both. Thus, depending on perm-selectivity, the Electro-Convective Instability in CP may be either driven or inhibited by several factors, such as equilibrium or non-equilibrium EO, bulk electroconvection, diffusio-osmosis, etc. The first results on identifying and analyzing the interplay of these major ’surface’ and ’bulk’ factors for varying perm-selectivity of the interface will be presented.

Процессы переворота спина и радиационное затухание тёмных экситонов в дихалкогенидах переходных металлов

21 апреля 2016 в 11:30

Д. Баско (LPMMC, CNRS, Grenoble, France)

Двумерные монослои соединений MoS2, MoSe2, WS2, WSe2 являются прямощелевыми полупроводниками с оптической (экситонной) щелью в видимом диапазоне. Щель находится в двух электронных долинах, связанных симметрией обращения времени. Из-за сильного спин-орбитального взаимодействия зоны расщеплены по спину. Знаки расщепления в разных долинах противоположны. Из 16 возможных экситонных состояний с разными комбинациями спиновых и долинных индексов электрона и дырки, только 4 могут аннигилировать без переворота спина и/или долины. Остальные состояния называются тёмными. В данной работе рассматриваются тёмные экситоны, распад которых разрешён по долине, но запрещён по спину.

Electronic phase transitions induced by electric or optical impacts

4 февраля 2016 в 11:30

С.А. Бразовский

Controlled transformations of electronic states or even of whole phases are achievable today by impacts of very strong electric fields and/or the ultrafast optical pumping. The experimental success is coming from ferroelectrically and ionically enhanced field effect in high-Tc superconductors, induced metallization in oxides of transition metals and in organic materials, field-effect superconductivity in MBE monolayers. The techniques of the femto-second optical pumping span from the purely optical setups to the newer time-resolved photoemission spectroscopy and to the latest time-sliced diffraction. The tested electronic phases include: superconductivity, charge density waves, charge ordering, ferroelectricity, magnetic phases, Peierls and Mott insulators. A super goal is to attend “hidden” states which are inaccessible and even unknown under equilibrium conditions. Such a bistable switching has been achieved in a “polaronic Wigner-crystalline Mott insulator” 1T-TaS2. After the experimental review, some time will be devoted to a phenomenological theory (collaboration with N. Kirova). Thus, the modeling of the quasi-condensate of excitons interacting with the order parameter recovers the dynamical realization of the “excitonic insulator” state and spacio-temporal patterns with self-focusing, domains segregation, and local dynamical phase transitions.

Поперечная миграция малых сферических частиц в сдвиговых и нестационарных потоках

21 января 2016 в 11:30

Е.С. Асмолов (ЦАГИ, НИИ Механики МГУ, ИФХЭ им. А.Н.Фрумкина РАН)

В работе на основе методов возмущений и сращиваемых асимптотических разложений сформулирована задача о динамике сферических частиц в сдвиговых и нестационарных потоках при малых, но конечных числах Рейнольдса. Течение во внутренней области (на масштабе радиуса частицы) в главном приближении по числу Рейнольдса соответствует классической задаче Стокса об обтекании сферы однородным неограниченным потоком. Распределение скорости во внешней области (на масштабе Сэфмана) описывается уравнениями Озеена. Рассчитаны инерционные поперечные силы, действующие на частицы, в сдвиговых (линейный поток и течение в канале) потоках для различных направлений и величин скорости скольжения, определены устойчивые положения равновесия частиц. Построено асимптотическое решение для возмущенного поля скорости вдали от не нейтрально плавучей частицы в сдвиговом потоке. Получены степенные законы зависимостей возмущений всех компонент скорости от расстояния до частицы в дальней невязкой области и в вязких следах. Решены задачи о течениях газовзвеси под действием поперечной силы в ламинарных пограничных слоях на различных телах.

Recent identifications of microscopic solitons in quasi 1D electronic systems and generalisations to higher dimensions

10 декабря 2015 в 11:30

С.А. Бразовский

We review a progress in experiments and theory, elucidating the role of microscopic solitons in quasi-1D electronic systems with a symmetry breaking. The new interest rises from studies of the «electronic ferroelectricity» in organic conductors, and from nano-scale tunneling experiments in Charge Density Wave (CDW) materials. Individual solitons have been visually captured in recent STM experiments. On this basis we extrapolate to a picture of combined topological excitations in general strongly correlated systems: from doped antiferromagnets to strong coupling and spin-polarized superconductors. At more macroscopic scales, we recover the electronic vortices generated in mesa-junctions, and domain walls evolving in femtosecond pump-probe experiments.

Электродинамика слоистых гибридных структур сверхпроводник/ферромагнетик/сверхпроводник в окрестности 0-π перехода

26 ноября 2015 в 11:30

А.В. Самохвалов (ИФМ РАН, Нижний Новгород)

Гибридные структуры сверхпроводник/ферромагнетик/сверхпроводник (SFS) с эффектом близости являются удобным объектом для изучения фазовых переходов, вызванных взаимодействием двух конкурирующих параметров порядка: сверхпроводящего и ферромагнитного. Необычное поведение слоистых SF структур, как правило, связано с интересным явлением π-сверхпроводимости при котором в гибридной структуре формируется равновесное состояние с нетривиальной разностью фаз π между соседними сверхпроводниками. Эффект близости на SF границах приводит к частичному или полному подавлению сверхпроводимости в S слоях, а величина эффекта зависит от структуры парной волновой функции, т.е. от типа состояния (0 или π), которое устанавливается в SFS структуре. В докладе обсуждаются причины резкого увеличения эффективной глубины проникновения магнитного поля λ(T) при понижении температуры T, которое наблюдалось в диффузных SFS структурах Nb/PdNi/Nb с тонкими (порядка сверхпроводящей длины когерентности) S слоями [1]. Предложена модель, объясняющая подобную аномалию проявлением фазового перехода между 0 и π сверхпроводящими состояниями SFS структуры. Основываясь на микроскопических уравнениях Узаделя, получено разложение Гинзбурга—Ландау, коэффициенты которого зависят от распределения парной волновой функции в ферромагнетике и различны для 0 и π состояний SFS структуры. Выполнены расчеты свободной энергии 0 и π состояний, температуры 0−π перехода, и приведена фазовая диаграмма SFS структуры на плоскости параметров (температура — толщина F слоя). Переход между 0 и π состояниями при изменении температуры происходит по типу фазового перехода первого рода, сопровождается скачкообразным изменением амплитуды волновой функции в S слоях и, как следствие, резким изменением экранирующих свойств SFS структуры. Приведен обобщенный функционал Гинзбурга—Ландау, справедливый для произвольной разности фаз сверхпроводящих параметров порядка S слоев, и выполнены расчеты ток-фазовой зависимости SFS джозефсоновского перехода с тонкими сверхпроводящими электродами в окрестности перехода между 0 и π состояниями [2]. Литература: [1] N. Pompeo et al., Phys. Rev. B 90, 064510 (2014). [2] A. V. Samokhvalov and A. I. Buzdin, Phys. Rev. B 92, 054511 (2015).

Thermal transport in the disordered electron liquid

12 ноября 2015 в 11:30

Georg Schwiete (SPICE and Johannes Gutenberg Universität Mainz, Germany)

In this talk, I will present a theoretical study of thermal transport in the disordered two-dimensional electron liquid. At temperatures smaller than the impurity scattering rate, in the diffusive regime, thermal conductivity acquires non-analytic quantum corrections. Our approach to this problem is based on an analysis of the heat density-heat density correlation function. To this end, Luttinger’s gravitational potentials are introduced in the action as sources that couple to the heat density. In a two-stage procedure, a renormalization group calculation based on the Keldysh non-linear sigma model in the presence of Luttinger’s gravitational potentials is supplemented with a perturbative study of scattering processes induced by the Coulomb interaction in the sub-temperature energy range. These scattering processes are at the origin of logarithmic corrections violating the Wiedemann-Franz law. As an application, I intend to discuss thermal transport on the metallic side of the metal-insulator transition in Si MOSFETs. References: G. Schwiete and A.M. Finkel’stein, PRB 90, 060201 (2014); PRB 90, 155441 (2014); arXiv:1509.02519; arXiv:1510.06529.

The Essentially Entangled Component of Multipartite Mixed Quantum States, its Properties and an Efficient Algorithm for its Extraction

22 октября 2015 в 11:30

V.M. Akulin, G.M. Kabatyanski, A.Mandilara

We introduce a density matrix decomposition of a multipartite quantum system of a finite dimension into two density matrices: a separable one and an essentially entangled one, which contains no product states components. This convex decomposition can be achieved in practice with the help of an algorithm based on linear programming, which in the general case scales polynomially with the dimension of the system. We prove that the rank of the essentially entangled component is always lower than that of the initial density matrix and we give an upper bound for this rank. We illustrate the algorithm at an example of a composed system of total dimension 12 undergoing loss of coherence due to classical noise and we trace the time evolution of its essentially entangled component. We suggest a geometric description of entanglement dynamics and show how it explains the well-known phenomena of sudden death and revival of multipartite entanglement. Interestingly, while we observe a weight loss of the essentially entangled component with time, its average entanglement content is not affected by the coherence loss.

Динамический эффект Лэмба в связанной системе сверхпроводникового кубита и СВЧ-резонатора

10 сентября 2015 в 11:30

Д.С. Шапиро (Всероссийский НИИ автоматики им. Н.Л. Духова; ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН), А.А. Жуков, В.В. Погосов, Ю.Е. Лозовик

Динамический эффект Лэмба является одним из возможных механизмов параметрического возбуждения атома в резонаторе [A.M. Fedotov, N.B. Narozhny, and Yu.E. Lozovik, PRA 64, 053807 (2001)]. Эффект возникает в результате модуляции лэмбовского сдвига атома за счет, например, неадиабатического изменения частоты фотонной моды. Тем не менее, в системе с перестраиваемым резонатором этот механизм возбуждения сложно изолировать от других каналов, связанных с генерацией и поглощением казимировских фотонов. В докладе предложена альтернативная реализация динамического эффекта Лэмба, которая возможна в современных сверхпроводниковых системах кубит-резонатор в режиме перестраиваемой энергии связи. Показано, что именно за счет неадиабатического переключения энергии взаимодействия можно модулировать лэмбовский сдвиг и возбуждать кубит в отсутствие фотонной накачки. Такой подход позволяет избежать рождения казимировских фотонов, что является ключевым обстоятельством для реализации динамического эффекта Лэмба. Динамика системы описывается в рамках нестационарной модели Раби для единичного и периодического переключений энергии связи кубита и резонатора. [D.S. Shapiro, A.A. Zhukov, W.V. Pogosov, Yu.E. Lozovik, "Dynamical Lamb effect in a tunable superconducting qubit-cavity system", Phys. Rev. A 91, 063814 (2015); arXiv:1503.01666]

Интерференция фононов в атомарных метазеркалах, «фононных конденсаторах» и в теплопереносе через границы раздела кристаллов

21 мая 2015 в 11:30

Ю.А. Косевич (Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН)

Семинар будет посвящен описанию новых низкоразмерных метаматериалов и транспортных явлений, в которых важную роль играет интерференция фононов на атомарных дефектах решетки кристалла. Будет показано, что возможно резонансное полное отражение или полное поглощение фонона двумерным дефектом решетки, эффективная толщина которого значительно меньше длины волны фонона. Частоты таких резонансов определяются динамическими свойствами дефектной плоскости. Явление полного отражения (антирезонанса прохождения) возможно, в частности, на моноатомной кристаллической плоскости, частично заполненной атомарными дефектами, и на двумерном дефекте решетки, в котором существенны взаимодействия как ближайших, так и не ближайших соседей. Анализ этих явлений показывает, что определяющую роль в них, в отличие от резонанса Фано, играет деструктивная интерференция фононов, распространяющихся через двумерный дефект по двум путям: по силовым связям атомов матрицы и дефектов, или по связям ближайших и не ближайших соседей. Показано, что случайное распределение дефектов в кристаллической плоскости и ангармонизм силовых связей не разрушают интерференционный антирезонанс. Ширину антирезонансного пика отражения можно связать с длиной когерентности фононного волнового пакета, как и в случае деструктивной интерференции фотонных волновых пакетов в эффекте Хонга-У-Мандела. Показано, что деструктивная интерференция фононов понижает тепловой кондактанс границы раздела кристаллов, частично заполненной резонансными атомарными дефектами. На основе атомарных метазеркал может быть построен ультра компактный «фононный конденсатор» для хранения и излучения когерентных терагерцовых фононов. Все основные представленные выводы подтверждаются аналитическими расчетами эквивалентных квазиодномерных решеток и молекулярно-динамическим моделированием реалистичных трехмерных решеток. [Литература: 1. Yu.A. Kosevich «Capillary phenomena and macroscopic dynamics of complex two-dimensional defects in crystals», Progr. Surf. Sci. 55, 1 (1997). 2. Ю.А. Косевич «Многоканальное распространение и рассеяние фононов и фотонов в низкоразмерных наноструктурах», УФН 178(8), 884 (2008). 3. H. Han, L. Potyomina, A.A. Darinskii, S. Volz, and Yu.A. Kosevich «Phonon interference and thermal conductance reduction in atomic-scale metamaterials», Phys. Rev. B 89(R), 180301 (2014). 4. H. Han, B. Li, S. Volz, and Yu.A. Kosevich «Ultracompact interference phonon nanocapacitor for storage and lasing of coherent terahertz lattice waves», Phys. Rev. Lett. 114, 145501 (2015).]

О роли эффекта Ландау-Зинера в работе квантового турникета

7 мая 2015 в 11:30

Д. Баско (LPMMC, CNRS, Grenoble, France)

Квантовый турникет представляет собой наноэлектронное устройство, контролируемым образом переносящее электроны по одному между двумя сверхпроводящими электродами путём подачи переменного напряжения на металлическую наночастицу, расположенную между двумя электродами. Оказывается, что когерентная связь между электронными состояниями в наночастице и квазичастичными состояниями в сверхпроводниках накладывает фундаментальные ограничения на работу устройства.

Супергидрофобная микрофлюидика

16 апреля 2015 в 11:30

О.И. Виноградова (ИФХЭ им. А.Н.Фрумкина РАН и Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова)

Супергидрофобные материалы открыли совершенно новые направления исследований с большими фундаментальными и практическими перспективами. Исследования этих материалов были, в основном, сфокусированы на их чрезвычайно плохой смачиваемости водой. Следствия супергидрофобности для транспортных явлений в микро- и наномасштабе до сих пор остаются малоизученными. В своем докладе я буду обсуждать, как использование супергидрофобных поверхностей может привести к гигантскому эффективному скольжению, «сверхтекучести» воды в микроканалах, снижению гидродинамического сопротивления, а также как такие поверхности могут быть использованы для создания новых методов сепарации микрочастиц и пассивного перемешивания жидкостей.

Occurrence of flat bands in strongly correlated Fermi systems and high-Tc superconductivity of electron-doped compounds

26 февраля 2015 в 11:30

В.А. Ходель (Курчатовский институт & Washington University)

We consider a class of strongly correlated Fermi systems that possess interaction-induced flat bands, pinned to the Fermi surface. We demonstrate that in such systems, the fundamental Landau equation, connecting the single-particle spectrum to the quasiparticle momentum distribution, fails. We propose a method, allowing to rectify drawbacks of Landau theory and, with the aid of the Pitaevskii identity, generalize equations obtained to apply the method to electron systems of solids. The emergent non-Fermi-liquid behavior, derived from the theory constructed, is compared with relevant experimental data on two-dimensional liquid He-3, heavy-fermion metals and electron-doped high-Tc compounds.

Topological Valley Currents in Gapped Dirac Materials

19 февраля 2015 в 11:30

Л. Левитов (MIT)

Gapped 2D Dirac materials, in which inversion symmetry is broken by a gap-opening perturbation, feature a unique valley transport regime. The system ground state hosts dissipationless persistent valley currents existing even when topologically protected edge modes are absent or when they are localized due to edge roughness. Topological valley currents in such materials are dominated by bulk currents produced by electronic states just beneath the gap rather than by edge modes. Dissipationless currents induced by an external bias are characterized by a quantized half-integer valley Hall conductivity. The under-gap currents dominate magnetization and the charge Hall effect in a light-induced valley-polarized state.

Энергетический транспорт в системе встречных краевых каналов и модель Латтинжера

29 января 2015 в 11:30

Вадим Храпай (ИФТТ РАН)

Будут представлены результаты недавнего эксперимента [1] по изучению неравновесных потоков энергии между встречными краевыми каналами в режиме квантового эффекта Холла. Система из двух таких каналов, развязанных гальванически, но взаимодействующих посредством кулоновских сил, является прямым аналогом бесспиновой жидкости Латтинжера [2] и идеально подходит для изучения энергетического транспорта. Оригинальный болометрический подход к измерению избыточного потока энергии P в краевом канале позволил исследовать зависимости P от тянущего напряжения и протяженности отрезка латтинжеровской жидкости. Показано, что процесс передачи энергии количественно согласуется с концепцией упругого рассеяния коллективных возбуждений плотности на граничных точках латтинжеровского отрезка, при этом имеется возможность непрерывного контроля параметра взаимодействия и вероятности рассеяния. Литература: [1] M.G. Prokudina, S. Ludwig, V. Pellegrini, L. Sorba, G. Biasiol, V.S. Khrapai, Tunable non-equilibrium Luttinger liquid based on counter-propagating edge channels, Phys. Rev. Lett. 112, 216402 (2014). [2] Yuval Oreg and Alexander M. Finkel'stein, Interedge Interaction in the Quantum Hall Effect, Phys. Rev. Lett. 74, 3668 (1995).

Новое в квантовой механике. Непериодические однозонные потенциалы и их обобщения

25 декабря 2014 в 11:30

В.Е. Захаров, Д.В. Захаров

О спектре одномерного стационарного оператора Шредингера с неубывающим на бесконечности ограниченным по модулю потенциалом известно довольно мало. Хорошо известны квазипериодические многозонные потенциалы, выражающиеся в терминах тета-функций Якоби. До некоторой степени изучены случайные потенциалы, имеющие вполне разрывный спектр. Но это ― весьма частные случаи. Об общих непериодических потенциалах, имеющих чисто непрерывный, в простейшем случае однозонный, спектр, ранее ничего не было известно. Мы строим обширный класс таких потенциалов, параметризуемый двумя положительными непрерывными функциями одной переменной. Соответствующие волновые функции подчиняются системе сингулярных интегральных уравнений, которая может быть решена численно. Фактически речь идет об описании непериодических сред, имеющих зонный спектр, подобный спектру кристаллов.

Шумы и статистика переноса электронов в квантовых проводниках при наличии переменных полей и возможности создания одночастичных изолированных возбуждений

18 декабря 2014 в 11:30

Г.Б. Лесовик

В первой части доклада будет сделан небольшой обзор теоретических работ по шумам и статистике переноса в целом. Затем обсудим теоретические работы, в которых были описаны возможности создания одночастичных изолированных возбуждений (говоря более точно, возбуждения необычной пары электрон-дырка при помощи импульса векторного потенциала лоренцевской формы), не запутанных за ферми море. Во второй части будет обсуждаться эксперимент группы Глаттли (опубликовано в 2013 г., Nature), в котором анонсировано наблюдение соответствующих возбуждений. Будут изложены аргументы в пользу того, что в этом эксперименте условия для создания соответствующих возбуждений (и их регистрации) не выполняются. Тем не менее в эксперименте определенно наблюдалось другое явление, связанное с катастрофой ортогональности для ферми моря, при определенных формах импульса.

Диссипация турбулентности в сверхтекучем гелии в пределе нулевой температуры

30 октября 2014 в 11:30

Андрей Голов (Университет Манчестера)

We will review Manchester experiments on quantum turbulence in superfluid 4He generated by various means. The main focus is on the limit of zero temperatures, in which the turbulence is fully represented by tangled quantized vortex lines. In this regime, the dynamics of the vortex lines span length scales from the size of container to nearly atomic scale, at which energy is transmitted to phonons. A quantum cascade of energy, involving individual quantized vortex lines (and hence, having no analogs in classical turbulence), is necessary for the energy of large-scale flow to be transferred to the dissipative short scales. The processes maintaining the cascade are believed to be: hydrodynamic interactions of vortex lines, reconnections of vortex lines, interaction of excitations such as small vortex loops and Kelvin waves on vortex lines. The dissipative length scale can be increased (i.e. the quantum cascade curtailed) by increasing temperature above 0.4 K due to the scattering of thermal excitations by vortex lines. Three different means of generating turbulence will be discussed (each having an analog in classical turbulence, thus allowing comparison with classical results): (a) With the towed grid, we produce turbulence that is nearly homogeneous and isotropic. Studying the free decay allows the rate of dissipation to be quantified [6]. (b) An unsteady rotation of a square-shaped container allows to create anisotropic turbulence — that decays more slowly [1,5,6]. In the presence of the steady background rotation, the following phenomena are observed: steady polarization of vortex lines, non-zero threshold for turbulence onset, resonances of inertial waves [4]. (c) With an immersed jet of variable duration and intensity (created by a current of injected electrons), a cross-over from ultraquantum («non-structured» or «Vinen») turbulence to quasiclassical («structured» or «Kolmogorov») turbulence is observed [2,3]. (References: [1] P. M. Walmsley, A. I. Golov, H. E. Hall, A. A. Levchenko and W. F. Vinen, Dissipation of quantum turbulence in the zero-temperature limit, Phys. Rev. Lett. 99, 265302 (2007). [2] P. M. Walmsley and A. I. Golov, Quantum and quasiclassical types of superfluid turbulence, Phys. Rev. Lett. 100, 245301 (2008). [3] A. I. Golov, P. M. Walmsley, P. Tompsett, Charged Tangles of Quantized Vortices in Superfluid 4He, J. Low Temp. Phys. 161, 509-525 (2010). [4] P. M. Walmsley and A. I. Golov, Rotating quantum turbulence in superfluid 4He in the T=0 limit, Phys. Rev. B 86, 060518(RC) (2012). [5] Paul Walmsley, Dmitry Zmeev, Fatemeh Pakpour, and Andrei Golov, Dynamics of quantum turbulence of different spectra, PNAS 111 (Supplement 1) 4691-4698 (2014). [6] D. E. Zmeev, P. M. Walmsley, A. I. Golov, P. V. E. McClintock, S. N. Fisher, and W. F. Vinen, Turbulence in superfluid 4He generated by various means (in preparation).)

Electron-electron interaction effects in monotonic and oscillatory magnetotransport in 2D electron systems

23 октября 2014 в 11:30

В.М. Пудалов (ФИАН)

Studying the oscillatory magnetorestance in crossed fields, we found that the product (m*TD) that determines damping of quantum oscillations, to the first approximation is equal in the majority and minority subbands even though the spin polarization degree amounts to about 66%. This result confirms theory predictions that the interaction takes place at high energies > EF rather than within narrow strip of energies EF ± T. To the next approximation, we revealed a difference in the damping factor of the two spin subbands, which causes skewness of the oscillation lineshape. The difference, quantified with the skew factor can be as high as 20%. The skew factor decreases as B or temperature grow, or B decreases; for low electron densities and high in-plane field the skew factor even changes sign. In contrast to the conventional theory, the product (m*TD) varies with perpendicular field and (nonmonotonically) with temperature. These dependencies explain notable scattering of the m*(n) values experimentally obtained under assumption of the T-independent (m*TD). The monotonic magnetoconductance in the in-plane field δσ(B,T) was found to scales in a sharp contrast to the theory predictions: whereas below a density dependent temperature T<T* it scales as theory predicted, (B2/T), at higher temperatures T>T*, it scales as (B2/T2). The latter dependence, hence, mimics the behavior anticipated for the low-temperature diffusive regime of interaction. These functional dependencies are at odd with interaction quantum corrections. The crossover temperature T*(n) correlates well with the inflection point at the strong σ(T) dependence in zero field, inherent for high mobility samples. Our data thus point at the existence of an energy scale T* beyond the EF. The results also call in question the previous attempts to exploit the parallel field MR as a tool to determine Fermi liquid coupling constants, F0a and γ2, and to plot the two-parameter phase diagrams for interacting and disordered 2D electron systems.

Вывод правила Борна из унитарности квантовой эволюции

16 октября 2014 в 11:30

Г.Б. Лесовик

Для того, чтобы квантовая механика была замкнутой теорией (хотя бы как вероятностная теория), необходимо не постулировать правило Борна, а иметь способ его вывода из первых принципов, в частности из уравнений движения (например, уравнения Шредингера). В определенной степени это сделано в нескольких статьях, начиная со статьи Дойча 1999 года. Мы упростили аргументы предыдущих авторов и в данной работе покажем, как вывести правило Борна, используя то, что в процессе унитарной эволюции норма состояния ⟨Ψ|Ψ⟩ сохраняется. Именно это обстоятельство в конечном счете ведет к тому, что вероятность событий в квантовой механике определяется квадратом волновой функции. Мы также коротко изложим аргументы в духе многомировой интерпретации в пользу того, что квантовая механика является естественным образом вероятностной теорией. При этом случайность появляется как результат представления волны (волновой функции) при помощи дискретного объекта — прибора, который может детектировать только одно из возможных значений динамической переменной.

Квантовые низкоплотностные коды и нелокальные спиновые модели

9 октября 2014 в 11:30

Леонид Прядко (Калифорнийский Университет, Риверсайд)

Локальность — один из основополагающих принципов построения физических моделей. Так, в модели Изинга, каждый член в гамильтониане может соответствовать связи между ближайшими соседями на заданной решетке. Что получится если условие локальности опустить? Я отвечу на этот вопрос на примере неупорядоченных спиновых моделей описывающих процедуру декодирования квантовых низкоплотностных кодов. Таким образом могут быть получены как традиционные локальные спиновые модели (модель Изинга, калибровочная модель Z2), так и нетривиальные нелокальные модели которые не были изучены ранее. Упорядоченная фаза в таких моделях соответствует наличию глубокого минимума свободной энергии; “пост-топологическими” возбуждениями являются протяженные дефекты обобщающие понятие доменной стенки. Известно несколько конструкций квантовых низкоплотностных кодов с конечной скоростью. В соответствующих спиновых моделях число различных типов дефектов экспоненциально велико. В таких моделях возможен чисто энтропийный фазовый переход, когда аналог поверхностного натяжения для дефектов каждого типа остается конечным. [A. A. Kovalev and L. P. Pryadko, “Spin glass reflection of the decoding transition for quantum error correcting codes”, arXiv:1311.7688]

Anderson localization models on Bethe Lattice and Random Regular Graphs: is the extended state always ergodic?

25 сентября 2014 в 11:30

В.Е. Кравцов (Abdus Salam ICTP, Trieste)

Entropy measurements in 2D systems

18 сентября 2014 в 11:30

А.Ю. Кунцевич (ФИАН)

In this talk I am going to discuss the experimental technique to measure entropy-per-electron in gated 2D systems, the we recently developed. We applied this technique to study magnetooscillations in Si and GaAs-based 2D systems and zero-perpendicular field effects. The latter originate from: (i) non-degeneracy of the Fermi system and (ii) electron-electron correlations. In particular, we explore enhanced effective mass in non-degenerate strongly correlated plasma regime EF < T < U (where U is the Coulomb energy e2 / ‹ r ›).

Can liquid water unmix?

26 июня 2014 в 11:30

М.А. Анисимов (University of Maryland, USA)

Twenty years ago Poole et al. suggested that the anomalous properties of supercooled water may be caused by a critical point that terminates a line of metastable liquid-liquid separation of lower-density and higher-density water [1]. This phenomenon is viewed as “water’s polyamorphism”. In this presentation I explain how supercooled water can unmix and describe a phenomenological model in which liquid water at low temperatures is viewed as athermal “solution” of two hydrogen-bond network structures with different entropies and densities [2,3]. Alternatively to lattice-gas models, in which fluid phase separation is driven by energy, the phase transition in the athermal two-state water is driven by entropy upon increasing the pressure, while the critical temperature is defined by the “reaction” equilibrium constant. The order parameter, the extent of “reaction”, coupled with density and entropy, while the ordering field is a combination of temperature and pressure. The model gives the best representation of all available experimental data for supercooled ordinary and deuteraded water and predicts the location of density maxima at the locus of a near-constant fraction of the lower-density structure. I will also discuss the lessons we can learn on real water from simulations of popular water-like models, such as mW and ST2 [4,5]. ( References: [1] P. H. Poole, F. Sciortino, U. Essmann, and H. E. Stanley, Nature 360, 324 (1992). [2] C. E. Bertrand and M. A. Anisimov, Phys. Chem. B 115, 14099 (2011). [3] V. Holten and M. A. Anisimov, Sci. Rep. 2, 713 (2012). [4] V. Holten, D. T. Limmer, V. Molinero, and M. A. Anisimov, J. Chem. Phys. 138, 174501, (2013). [5] V. Holten, J. C. Palmer, P. H. Poole, P. G. Debenedetti, and M. A. Anisimov, J. Chem. Phys. 140, 104502 (2014). )

Новые результаты по темной энергии в ранней и современной Вселенной и наблюдательный статус инфляционного сценария

19 июня 2014 в 11:30

А.А. Старобинский

The measurement of a small deviation of the primordial spectrum of scalar (density) perturbations in the Universe from the exactly flat (or, Harrison-Zeldovich) one in the WMAP and Planck experiments confirms the general prediction of the early Universe scenario with the de Sitter (inflationary) stage preceding the radiation dominated stage (the hot Big Bang) and strongly restricts the class of viable inflationary models. The announced discovery of primordial gravitational wave background through the measurement of the B-mode of linear polarization of the cosmic microwave background radiation (CMB) in the range of multipoles l = (50 – 150) in the BISEP2 experiment [1] confirms another general prediction [2] of this scenario, as well as produces the direct evidence for the existence of a very strongly curved space-time in the past of our Universe and the necessity of quantization of gravitational waves. Still the BISEP2 result is partially contaminated by foregrounds (mainly by polarized galactic dust emission) and requires confirmation of its blackbody character by measurements at other wavelengths. Moreover, comparison of BISEP2 data with the temperature and E-mode polarization data earlier obtained in the WMAP and Planck experiments shows that the inflationary stage is not so simple and may not be described by a one-parametric model. In particular, the primordial spectrum of scalar perturbations generated during inflation is not of a power-law form [3], mainly due to the ~10% depression of the angular anisotropy power spectrum in the multipole range 20 < l < 40. A class of models describing this feature which implies existence of some scale (i.e. new physics) during inflation is proposed [4]. Furthermore, account of additional wiggles in the spectrum at l = 22 and 40 requires further complication of the inflaton potential [5] by introducing sharp features of the type suggested by previous studies [6]. ( References: [1] P.A.R. Ade et al. [BISEP2 Collaboration], arxiv:1403.3985. [2] A.A. Starobinsky, JETP Lett. 30, 682 (1979). [3] D.K. Hazra, A. Shafieloo, G.F. Smoot, A.A. Starobinsky. Ruling out the power-law form of the scalar primordial spectrum. JCAP, in press (2014); arXiv:1403.7786. [4] D.K. Hazra, A. Shafieloo, G.F. Smoot, A.A. Starobinsky. Whipped inflation. ArXiv:1404.0360. [5] D.K. Hazra, A. Shafieloo, G.F. Smoot, A.A. Starobinsky. Wiggly whipped inflation. ArXiv:1405.2012. [6] A.A. Starobinsky, JETP Lett. 55, 489 (1992). )


Уникальные электромеханические свойства квазиодномерных проводников с волной зарядовой плотности

24 апреля 2014 в 11:30

В.Я. Покровский (ИРЭ РАН)

Речь пойдёт о квазиодномерных проводниках, в которых ниже температуры пайерлсовского перехода возникает волна зарядовой плотности (ВЗП). Большинство таких соединений представляют собой нитевидные кристаллы. Будет рассказано о следующих эффектах: снижении упругих модулей при срыве ВЗП с примесей, изменении длины образцов под действием электрического поля или термоциклирования, неоднородной деформации образцов в электрическом поле. Наиболее подробно будет рассказано о деформации кручения, в частности, о крутильных колебаниях. Все перечисленные эффекты можно качественно описать на языке упругого взаимодействия ВЗП с решёткой кристалла. Однако есть основания полагать, что такое описание — чрезмерно упрощённое. [Литература: В.Я. Покровский, С.Г. Зыбцев, М.В. Никитин, И.Г. Горлова, В.Ф. Насретдинова, С.В. Зайцев-Зотов. «Высокочастотные, „квантовые“ и электромеханические эффекты в квазиодномерных кристаллах с волной зарядовой плотности», УФН, 183, 33 (2013).]

Квантовая интерференция дираковских фермионов в наноперфорированном графене

17 апреля 2014 в 11:30

Ю.И. Латышев (ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН)

Рассмотрены недавние эксперименты по эффекту Ааронова-Бома на проводящих краевых состояниях, локализованных вокруг наноотверстий в наноперфорированнованных графеновых структурах [1], а также эксперименты по наблюдению орбитального квантования краевых дираковских фермионов при их движении вокруг наноотверстия в нулевом магнитном поле [2]. Результаты экспериментов обоих типов согласуются с теорией краевых состояний таммовского типа в графене. Литература: [1] Yu.I. Latyshev et al., cond-mat arXiv : 1310.0991. [2] Yu.I. Latyshev, A.P. Orlov, A.V. Frolov et al., JETP Lett., 98, 214 (2013).

Фазовая диаграмма цепочки бездиссипативных джозефсоновских контактов

3 апреля 2014 в 11:30

Л.Б. Иоффе

Переход между ферми- и бозе-статистикой в 2-мерной системе

27 марта 2014 в 11:30

Андрей Турлапов (Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород)

В едином эксперименте происходит перестройка системы между бозонным и фермионным состоянием. Эксперимент выполнен с газом ферми-атомов лития-6 с s-взаимодействием при температуре ~ 10 нК. При росте взаимодействия атомы объединяются в 2-атомные молекулы бозоны. 2-мерность достигнута плотным удержанием вдоль одного из направлений. Чистота ультрахолодной атомной системы даёт возможность сравнивать данные с теоретическими моделями, построенными из первых принципов, без свободных параметров. В частности, найденное нами отличие давления слабо взаимодействующего ферми-газа от предсказания для однородной ферми-жидкости может стать стимулом для развития теории 2-мерных мезоскопических систем. Измерения в сильно взаимодействующем газе, между ферми- и бозе-режимами, показывают необходимость учета 3-мерного характера взаимодействий при моделировании газа с 2-мерной кинематикой.

Spinful fermionic ladders at incommensurate filling: Phase diagram, local perturbations, and ionic potentials

24 февраля 2014 в 10:00

Борис Нарожный (Karlsruhe Institute of Technology, Germany)

We study the effect of external potential on transport properties of the fermionic two-leg ladder model. The response of the system to a local perturbation is strongly dependent on the ground state properties of the system and especially on the dominant correlations. We categorize all phases and transitions in the model (for incommensurate filling) and introduce ’’hopping-driven transitions’’ that the system undergoes as the inter-chain hopping is increased from zero. We also describe the response of the system to an ionic potential. The physics of this effect is similar to that of the single impurity, except that the ionic potential can affect the bulk properties of the system and in particular induce true long range order.

Nonequilibrium transport in high Landau levels of 2D systems: recent developments

13 февраля 2014 в 15:00

M.A. Zudov (School of Physics and Astronomy, University of Minnesota, USA)

Over the last decade, magneto transport in very high Landau levels of high-mobility 2D electron systems (2DES) hosted in GaAs/AlGaAs quantum wells revealed a variety of new intriguing phenomena. Two prime examples of these phenomena are microwave-induced resistance oscillations (MIRO) and associated zero-resistance states which emerge when a high-mobility 2DES is irradiated by microwave radiation. Another prominent effect is Hall field-induced resistance oscillations (HIRO) which appear in differential resistivity when a system is driven by a dc field. Both MIRO and HIRO originate from inter-Landau level transitions owing to photon absorption and/or impurity scattering. In this talk I will discuss our recent experimental studies on i) Shubnikov-de Haas oscillations in conventional high-mobility 2D electron gas in GaAs/Al0.24Ga0.76As quantum wells irradiated by sub-terahertz (up to 0.4 THz) radiation, ii) MIRO and HIRO in AlxGa1-xAs/Al0.24Ga0.76As quantum wells with x up to 0.0078, and, finally, iii) observation of MIRO in a moderate-mobility 2D hole gas hosted in a pure Ga/Si0.2Ge0.8 quantum well.

Probing interactions with thermal transport

6 февраля 2014 в 11:30

Karen Michaeli (Weizmann Institute of Science)

Thermal and thermoelectric conductivities are ideal probes of interaction effects in correlated electron systems. This is because, in contrast to an electric current, a heat current can be transmitted also by neutral quasiparticles. For instance, energy can be carried by excitations that mediate interactions between other quasiparticles. In my talk I will present two examples of the dramatic effect of interactions on thermal and thermoelectric transport phenomena. The first is the Nernst effect in the vicinity of the superconducting phase transition. I will discuss the anomalous behavior of the Nernst effect near the magnetic-field-induced quantum critical phase transition. The second example is thermal conductivity in spin liquids. Spin liquids can form in the vicinity of the Mott metal-insulator transition when the charge is gapped while the spin degrees of freedom strongly fluctuate. These low energy excitations, dubbed spinons, can conduct heat. The spinons also exhibit a magnetic interaction that leads to non-Fermi liquid behavior. I will show that even in the absence of disorder this strong interaction provides an efficient relaxation mechanism for the heat current.

Composite fermion state of spin-orbit coupled bosons

21 ноября 2013 в 11:30

Alex Kamenev (Univ. of Minnessota, USA)

Recent experiments in cold atomic gases produced bosons with spin-orbit coupling. Their dispersion relation exhibits a minimum along a circle in the momentum space. It poses a problem of Bose condensation of particles with the degenerate minimum of the kinetic energy. We argue that in 2D the Bose condensation does not occur. Instead, a correlated state, similar to Laughlin liquid in the fractional quantum Hall effect, is formed.

Electrodynamics of strongly disordered superconductors

14 ноября 2013 в 11:30

T. M. Klapwijk

Superconductors with a high resistivity in the normal state are of interest for experiments on quantum phase slip devices and radiation-detection, such as hot-electron bolometers and, more recently, microwave kinetic inductance detectors. In addition they are excellent candidate-materials to be used in experiments, which require a superconductor in the presence of a high magnetic field, such as in experiments which combine semiconductors with superconductors. These materials have also been of interest, for several decades already, to demonstrate and analyze the so-called superconductor-insulator transition. Examples are NbN, NbTiN, TiN, MoN, etc. The new interest provides new experimental data to be understood and stimulates further theoretical analysis. In my talk I will present an overview of the new applications as well as new experimental data on the electrodynamics originating from our work with superconducting resonators. [1] E. F. C. Driessen, P. C. J. J. Coumou, R. R. Tromp, P.J. de Visser, and T. M. Klapwijk, Phys. Rev. Lett. 167, 360 (2012); [2] P. C. J. J. Coumou, E. F. C. Driessen, J. Bueno, C.Chapelier, and T.M. Klapwijk, Phys. Rev. B 88, 180505 R, (2013).

Anderson localization at the edge of 2D topological insulator

7 ноября 2013 в 11:30

Владимир Юдсон (Институт спектроскопии РАН, Троицк)

Spins of chiral electrons moving along the 1D helical edge of a 2D topological insulator are tightly bound to their momenta. This suppresses electron backscattering by the usual potential disorder and protects the system from Anderson localization. We study effects of electron interactions with a disordered chain of spin (Kondo) impurities located near the helical edge. Assuming the electron-spin couplings of random anisotropies, we map this system to the problem of the pinning of the charge density wave by the disordered potential. This mapping shows that anisotropic couplings of chiral electrons with spin impurities lead to Anderson localization of the helical edge states. [B.L. Altshuler, I.L. Aleiner, and V.I. Yudson, Phys. Rev. Lett. 111, 086401 (2013)]

Hydrodynamics of active polar fluids

14 октября 2013 в 11:30

Prof. K. Kruse (University of Saarlandes, Germany)

Many vital cellular processes are driven by the cytoskeleton, a network of filamentous polymers present in every living cell. The filaments have two structurally different ends making them polar objects and interact with a large number of associated proteins. To fulfill its various tasks, the cytoskeleton is kept out of thermodynamic equilibrium by energy that is fed into the system on the level of its constituents. Notably, the assembly of cytoskeletal filaments and the action of molecular motors that can generate stresses in the network depend on the local release of chemical energy. From a physical point of view, the cytoskeleton can be classified as an active polar fluid. In this talk, we will present a hydrodynamic description of active polar fluids. Using this theory, we will analyze the spontaneous emergence of flows as well as the stability of topological point defects. If time permits, we will also discuss the actin cortex as an example of a biologically relevant structure. We propose to view its formation as an active analogue of a (pre-)wetting transition.

Проводимость изолированного (подвешенного) листа графена в дираковской точке

3 октября 2013 в 11:30

В.Ю. Качоровский (ФТИ им. А.Ф. Иоффе)

Изучены транспортные свойства чистого, изолированного листа графена в дираковской точке. В отсутствии электрон-электронного взаимодействия главный вклад в сопротивление графена дает рассеяние на изгибных колебаниях решетки (flexural deformation phonons). Показано, что проводимость, ограниченная таким рассеянием, падает с температурой как T−η, где η — критическая экспонента (равная 0.7 согласно численным расчетам), описывающая перенормировку корреляционных функций изгибных фононов за счет ангармонического взаимодействия с продольными фононами. Учет электрон-электронного взаимодействия существенно модифицирует транспортные свойства подвешенного графена. Взаимодействие, с одной стороны, дает дополнительный канал рассеяния (в отличие от обычных полупроводников, где релаксация скорости за счет электрон-электронных столкновений запрещена законом сохранения импульса), а с другой, приводит к экранировке деформационного потенциала изгибных фононов. Показано, что комбинированный эффект двух типов взаимодействия приводит к проводимости, которая может быть выражена в виде безразмерной функции двух безразмерных констант, G[T] и Ge[T], характеризующих, соответственно, силу электрон-фононного и электрон-электронного взаимодействий. Мы также обсуждаем поведение проводимости вдали от дираковской точки и роль примесного рассеяния, и проводим сравнение с имеющимися экспериментальными данными.

Coulomb drag in graphene near the Dirac point

5 сентября 2013 в 11:30

И.В. Горный (Karlsruhe Institute of Technology; ФТИ им. Иоффе РАН)

We study Coulomb drag in graphene near the Dirac point, focusing on the regime of interaction-dominated transport. We establish a novel, graphene-specific mechanism of Coulomb drag based on fast interlayer thermalization, inaccessible by standard perturbative approaches. Using the quantum kinetic equation framework, we derive a hydrodynamic description of transport in double-layer graphene in terms of electric and energy currents. In the clean limit, the drag becomes temperature independent. In the presence of disorder the drag coefficient at the Dirac point remains nonzero due to higher-order scattering processes and interlayer disorder correlations. At low temperatures (diffusive regime) these contributions manifest themselves in the peak in the drag coefficient centered at the neutrality point with a magnitude that grows with lowering temperature. Motivated by recent experiments, further we propose a phenomenological model of the magnetodrag in graphene. Near charge neutrality, each of the layers contains two kinds of carriers (quasiparticles) with opposite electric charge — electrons and holes, such that the quasiparticle (or energy) and electric currents become noncollinear in the presence of external magnetic field. Precisely at the Dirac point, these currents are orthogonal to each other, giving rise to a giant magnetodrag. The sign of the drag resistance depends on the strength of the electron-phonon interaction, as well as on the geometry of the sample. Away from the Dirac point, the quasiparticle current acquires a component in the direction of the electric current, leading to non-zero Hall drag. The predictions of the model agree with the experimental data in weak magnetic fields measured in double-layer graphene/boron-nitride heterostructures.

Exciton many-body effects and Bose-Einstein condensation

23 мая 2013 в 11:30

Monique Combescot (Institut des NanoSciences de Paris, Université Pierre et Marie Curie, CNRS)

In order to describe physical effects involving excitons in a convenient way, I will first introduce the «Shiva and Kali diagrams» which visualize many-body effects between composite quantum particles. I will also provide the theoretical grounds on which they are based. These diagrams will be used to present some non-linear optical effects involving virtual excitons coupled to unabsorbed photons such as spin precession and teleportation, Faraday rotation and oscillation, exciton trapping and so on... In a second part, I will turn to exciton BEC. I will explain (i) why excitons must condense into a linearly polarized dark state — which probably is the reason why this condensation has been missed for decades — (ii) how under a density increase, the dark condensate acquires a bright component, (iii) why a phase separation can take place between an exciton gas and an electron-hole plasma, the dense phase possibly being a BCS condensate of «electron-hole Cooper pairs». I will end by showing a few very recent experimental data, taken by François Dubin and his group, which evidence the dark exciton Bose-Einstein condensate. (References: [1] M. COMBESCOT, O. BETBEDER-MATIBET, F. DUBIN, The many-body physics of composite bosons, Physics Report 463, 215 (2008). [2] M. COMBESCOT, O. BETBEDER-MATIBET, General many-body formalism for composite quantum particles, Phys. Rev. Lett. 104, 206404, (2010). [3] M. COMBESCOT, S. SHIAU, Y. CHANG, Finite temperature formalism for composite quantum particles, Phys. Rev. Lett. 106, 206403 (2011). [4] M. COMBESCOT, O. BETBEDER-MATIBET, R. COMBESCOT, Bose-Einstein condensation in semiconductors: the key role of dark excitons, Phys. Rev. Lett. 99, 176403, (2007). [5] R. COMBESCOT, M. COMBESCOT, «Gray» BCS condensate of excitons and internal Josephson effect, Phys. Rev. Lett. 109, 026401 (2012). [6] M. ALLOING, M. BEIN, D. FUSTER, Y. GONZALES, L. GONZALES, R. COMBESCOT, M. COMBESCOT, F. DUBIN, Evidence for a Bose-Einstein condensate of excitons, arXiv:1304.4101.)

Coherent Back Scattering and Anderson Localization of Ultra Cold Atoms

25 апреля 2013 в 11:30

Alain Aspect (Institut d’Optique, Palaiseau, France)

We use ultra cold atoms in a disordered potential created with a laser speckle, to study Anderson Localization (AL) and Coherent Back Scattering (CBS). Localization has been observed in 1D and 3D, and 2D experiments are promising. Theory supports the conclusion that what we observe is AL, but a direct evidence of the role of coherence is desirable. Recently, we have observed CBS, an indisputable coherent effect in quantum transport, related to the first order manifestation of localization (weak localization).

Спин-флуктуационный механизм спаривания в сверхпроводниках на основе железа

18 апреля 2013 в 11:30

М.М. Коршунов (Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Красноярск)

Сверхпроводники на основе железа, открытые в 2008 году, представляют собой новый класс высокотемпературных сверхпроводников с величиной критической температуры до 55K. Относящиеся к этому классу пниктиды и халькогениды обладают низкотемпературными свойствами, варьирующимися от соединения к соединению. И хотя накоплено множество экспериментальных данных, однозначных ответов на такие фундаментальные вопросы, как симметрия параметра порядка, его структура, и механизм сверхпроводящего спаривания, ещё нет. В докладе будет рассмотрено современное состояние этих проблем и показано, что видимую неуниверсальность можно объяснить в рамках спин-флуктуационной теории спаривания, принимая во внимание особенности электронной структуры пниктидов и халькогенидов [1,2]. [1] P.J. Hirschfeld, M.M. Korshunov, I.I. Mazin, Rep. Prog. Phys. 74, 124508 (2011). [2] S. Maiti, M.M. Korshunov, A.V. Chubukov, Phys. Rev. B 85, 014511 (2012).

Точно решаемая модель электронного интерферометра Маха‒Цендера в режиме целочисленного квантового эффекта Холла

28 марта 2013 в 11:30

Дмитрий Багрец (Институт теоретической физики, Университет Кёльна, Германия)

В докладе будут рассмотрены неравновесные свойства электронного интерферометра Маха-Цендера (ИМЦ), который реализуется на основе одномерных краевых состояний в режиме целочисленного квантового эффекта Холла. Многочисленные эксперименты по изучению транспортных свойств ИМЦ указывают на наличие сильного межэлектронного взаимодействия в этих мезоскопических структурах. При низких температурах наблюдаемая зависимость видимости интерферометра от внешнего напряжения описывается сильно осциллирующей функцией с глубокими минимумами, при этом период осцилляций определяется обратным временем пролета электрона через плечо ИМЦ, а амплитуда осцилляций затухает с ростом напряжения. Данную зависимость принципиально невозможно объяснить на основе одночастичной теории Бюттикера-Беенаккера. Для описания необычных свойств ИМЦ предложена нетривиальная точно решаемая модель, которая задается коэффициентами прозрачности двух квантовых контактов, образующих интерферометр, и зарядовой энергией, описывающей дальнодействующее кулоновское взаимодействие. Если последнее ограничено только внутренней областью интерферометра, то задача допускает точное решение методом неравновесной бозонизации при произвольном целочисленном факторе заполнения. В пределе сильного взаимодействия задача ИМЦ оказывается тесно связанной с задачей о статистике переноса заряда в квантовых проводниках и с асимптотическими характеристиками определителей обобщенных матриц Тёплица. Нетривиальная осциллирующая зависимость видимости от напряжения есть проявление многочастичной квантовой интерференции, при которой две главные амплитуды рассеяния, дающие основной вклад в проводимость Ааронова-Бома, имеют фазовый сдвиг линейный по напряжению.

Двумерный полуметалл в широких квантовых ямах HgTe: Магнитотранспорт и энергетический спектр

21 марта 2013 в 11:30

Г.М. Миньков (ИФМ УрО РАН), А.А. Шерстобитов, А.В. Германенко, О.Э. Рут, С.А. Дворецкий, Н.Н. Михайлов

Несмотря на очень интенсивные исследования, в последние 10 лет, двумерных носителей в квантовых ямах на основе бесщелевого полупроводника HgTe, представления об энергетическом спектре, особенно валентной зоны, остаются очень противоречивыми. В настоящем докладе я представляю результаты исследований магнитотранспортных эффектов в МДП структурах с 20 нм квантовой ямой HgTe в широком интервале концентраций электронов и дырок. Совместный анализ положения минимумов ρхх осцилляций Шубникова де Газа, периода осцилляций и холловской концентрации, эффективной массы дырок, найденной из температурных зависимостей осцилляций, позволил реконструировать спектр валентной зоны при квазиимпульсах k > 8*105 см-1. Уже эти результаты показывают радикальное отличие от спектра, рассчитанного в рамках kP модели. Энергетический спектр при k > 8*105 см-1 был оценен из анализа зависимости электронной, electron-like и дырочной концентраций, найденных из анализа магнитополевых зависимостей ρхх и ρхy в области проводимости двумя типами носителей. Определенный экспериментально закон дисперсии валентной зоны как при малых k, так и при больших, радикально отличается от теоретически рассчитанного. Обсуждаются согласие с экспериментальными результатами других работ и возможные причины отличия от теории.

Эффекты аксиальной аномалии в магнитном поле

7 марта 2013 в 11:30

А. Горский (ИТЭФ)

Аксиальная аномалия приводит к ряду интересных эффектов в магнитном поле. Будет рассмотрен киральный магнитный эффект в плотной среде, новые безмассовые возбуждения — киральные магнитные волны и аномальное расщепление нулевого звука в магнитном поле.

Магнитные наноструктуры с некомпланарным распределением намагниченности

21 февраля 2013 в 11:30

А.А. Фраерман (ИФМ РАН, Нижний Новгород)

Для ферромагнетиков с некомпланарным распределением намагниченности предсказан ряд необычных транспортных и оптических явлений, таких как «топологический» вклад в холловскую проводимость [Ya. Aharonov, A. Stern, Phys. Rev. Lett. 69, 3953 (1992)], диодный и фотогальванический эффекты [А.А. Фраерман, УФН 182, 1345 (2012)]. В докладе, в рамках феноменологического и микроскопического (s-d модель) подходов, обсуждаются механизмы возникновения невзаимных транспортных явлений в некомпланарных ферромагнетиках. Представлены результаты экспериментов по созданию спиральных, вихревых и антивихревых распределений намагниченности, для которых указанные эффекты могут наблюдаться.

Влияние зеемановского расщепления на поправку к проводимости от электрон-электронного взаимодействия (эксперимент)

20 декабря 2012 в 11:30

А.Ю. Кунцевич (ФИАН)

Двумерные электронные системы низкой плотности при низких температурах демонстрируют сильное положительное магнитосопротивление (МС) в параллельном поле, связанное со спиновой степенью свободы. Несмотря на ряд предложенных моделей, данное явление далеко не понято. Одним из возможных механизмов МС является диффузионная поправка от электрон-электронного взаимодействия (ЭЭП) [Lee, Ramakrishnan (1982)]. В настоящей работе мы определяем ЭЭП из одновременных измерений ρxx и ρxy в разупорядоченной двумерной электронной системе в Si в наклонном магнитном поле. Наклон магнитного поля позволяет разделить спиновые и орбитальные эффекты. В частности, мы показываем, что в больших полях BB > T ЭЭП: (i) зависит от модуля магнитного поля, а не от направления, как и должно быть в системе с изотропным g-фактором; (ii) является линейной по ln(B) и ln(T) как и предсказывает теория. Найденная малая поправка не в состоянии объяснить сильного МС в параллельном поле, наблюдаемого в Si двумерных системах. Другими наблюдениями, не согласующимися с теорией квантовых поправок, являются: 1) подавление положительного МС в параллельном поле неквантующим перпендикулярным полем; 2) нелинейное по полю холловское сопротивление в малых полях. Таким образом, даже в области больших проводимостей, где должна быть применима теория квантовых поправок, в двумерной электронной системе в Si имеются необъясненные явления.

Cantor sets and Chalker’s scaling: a simple picture of critical eigenfunction statistics

13 декабря 2012 в 11:30

Владимир Кравцов (ICTP, Trieste, Italy)

Multifractality of critical eigenstates in disordered conductors and superconductors is becoming an experimental issue. One of the key points is the critical enhancement of interaction matrix elements described by the Chalker’s scaling. In this work we show that the Chalker’s scaling is a simple consequence of the spectrum of local probe (like STM) which at criticality exhibits a Cantor set structure. We review the three-fold classification of spectra used by mathematicians and show their relation with the three types of local spectra.

Spin of superconducting quasiparticles

6 декабря 2012 в 11:30

Ю.В. Назаров (Delft University of Technology, Netherlands)

We review the recent theoretical and experimental research that concerns the spin of superconducting quasiparticles and its possible use in the quantum manipulation context. We propose and theoretically investigate spin superconducting qubits. Spin superconducting qubit consists of a single spin confined in a Josephson junction. We show that owing to spin-orbit interaction, superconducting difference across the junction can polarize this spin. We demonstrate that this enables single qubit operations and more complicated quantum gates, where spins of different qubits interact via a mutual inductance of superconducting loop where the junctions are embedded. Recent experimental realizations of Josephson junctions made of semiconductor quantum dots in contact with superconducting leads have shown that the number of electrons in the quantum dot can be tuned by a gate voltage. Spin superconducting qubit is realized when the number of electrons is odd. We discuss the qubit properties at phenomenological level. We present a microscopic theory that enables us to make accurate estimations of the qubit parameters by evaluating the spin-dependent Josephson energy in the framework of fourth-order perturbation. We interpret a recent pioneering experiment [Zgirski M. et al., Phys. Rev. Lett., 106 (2011) 257003] on quasiparticle manipulation in a superconducting break junction in terms of spin blockade drawing analogy with spin qubits. We propose a novel qubit design that exploits the spin state of two trapped quasiparticles. We detail the coherent control of all four spin states by resonant quantum manipulation and compute the corresponding Rabi frequencies. The read-out technique is based on the spin-blockade that inhibits quasiparticle recombination in triplet states. We provide extensive microscopic estimations of the parameters of our model.

Вероятностный подход к уравнениям Ричардсона

18 октября 2012 в 11:30

В.В. Погосов (Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН, Москва)

Гамильтониан теории Бардина-Купера-Шриффера является точно решаемым. Это решение определяется набором энергиеподобных величин, которые удовлетворяют системе нелинейных алгебраических уравнений, называемых уравнениями Ричардсона. Решение этих уравнений для общего случая является открытой задачей. Заметим, что уравнения Ричардсона могут быть выведены и с использованием техники алгебраического анзаца Бете. Известно, что уравнения Ричардсона обладают электростатической аналогией. А именно, решения уравнений эквивалентны положениям равновесия свободных зарядов на плоскости, отталкивающихся друг от друга и взаимодействующих с внешним электростатическим полем. В работе предложен новый подход к решению уравнений Ричардсона. Вместо непосредственного отыскания положений равновесия вводится «вероятность» найти систему зарядов в данной конфигурации при достаточно низкой «температуре». «Вероятность» определяется функцией, схожей с волновой функцией Лафлина для дробного квантового эффекта Холла. Далее, положение центра масс системы зарядов реконструируется с помощью методов интегрирования путем введения «статсуммы», заданной интегралом типа Сельберга. Интегралы такого типа фигурируют в конформной теории поля и теории случайных матриц. В работе проведены аналитические расчеты для основного состояния системы в термодинамическом пределе, для которого подтверждено согласие со среднеполевыми предсказаниями БКШ, а также представлены некоторые результаты для систем произвольного размера. Подход может быть полезным и для решения других типов уравнений Бете-анзаца.

Критерий Иоффе-Регеля и диффузия колебаний в неупорядоченных системах

27 сентября 2012 в 11:30

Я.М. Бельтюков, Д.А. Паршин, В.И. Козуб (Санкт-Петербург)

С помощью теории случайных матриц исследована диффузия колебаний в случайных решетках, обладающих трансляционной инвариантностью. Показано, что выше определенной частоты ωIR, соответствующей критерию Иоффе-Регеля, понятие фононов теряет свой смысл. Они не могут распространяться по решетке и переносить квазиимпульс и энергию. Тем не менее, в отличие от локализации электронов, большинство колебаний в этой области частот не являются локализованными. Они распространяются в решетке диффузионным образом и поэтому получили название диффузонов. Показано, что диффузоны доминируют в спектре колебаний стекол и определяют температурную зависимость теплопроводности в области температур, которая в типичных стеклах занимает подавляющую часть экспериментально доступной температурной шкалы. Фононы, напротив, составляют в спектре колебаний стекол всего лишь от 0.2% до 4% от всех колебательных мод. Меняя степень беспорядка, мы можем менять частоту ωIR от нуля (когда жесткость решетки равна нулю и в ней вообще отсутствуют фононы), до предельных фононных частот кристалла. Как известно, число диффундирующих величин в неупорядоченной системе определяется числом интегралов движения. Мы вычислили коэффициент диффузии энергии D(ω) и коэффициент диффузии импульса Du, которые, как оказалось, численно различаются. Динамический структурный фактор S(q,ω) выше частоты ωIR совпадает со структурным фактором случайных блужданий частиц по решетке, и в нашем случае характеризует случайные блуждания смещений от атома к атому. Коэффициент диффузии импульса (вязкость) Du — определяет ширину колебательного спектра Γ(q) = Duq2 в этой области частот, что объясняет эксперименты по неупругому рентгеновскому рассеянию в стеклах, проводившиеся последние 15 лет.

Superinductors: a novel type of Josephson ladders implementing quantum Ising model

20 сентября 2012 в 11:30

Лев Иоффе (Rutgers University & Universite Paris VI)

Implementation of superinductor, the element that is characterized by a purely inductive response and impedance much larger than quantum (6.5 kOhm), is a very long standing challenge. Recently, we have designed and implemented it in very special Josephson ladders with tunable frustration. The same ladders allows one an experimental realization of the one dimensional φ4 theory with the mass that changes sign with magnetic field. Close to the critical point the low energy excitations in this theory can be described by Ising model in transverse field. The solution of the latter shows that these excitations are Majorana fermions. Can these fermionic excitations be observed in Josephson ladders?

Surprises, Computational Methods, and Results for Metastable Phenomena and Homogeneous Nucleation and Growth

5 июля 2012 в 11:30

Mark Novotny (Mississippi State University)

It is shown that even in the simplest models homogeneous nucleation and growth is complicated, leading to a “phase diagram” that depends on the various length scales in the problem. Algorithms that allow faster-than-real-time simulations to span the disparate timescales in nucleation will be presented. Specific results discussed will include the dependence of the hysteresis loop on the frequency, whether changing the dynamics can change the exponent in the nucleation rate, and a Dynamic Phase Transition (including experimental confirmation in magnetic multilayer systems).

Hanbury Brown and Twiss setup with anyons

24 мая 2012 в 11:30

Gabriele Campagnano, Oded Zilberberg, Igor V. Gornyi, Dmitri E. Feldman, Andrew C. Potter, Yuval Gefen

We present a study of an Hanbury Brown and Twiss (HBT) interferometer realized with anyons. Such a device can directly probe entanglement and fractional statistics of initially uncorrelated particles. We calculate HBT cross-correlations of Abelian Laughlin anyons. The correlations we calculate exhibit partial bunching similar to bosons, indicating a substantial statistical transmutation from the underlying electronic degrees of freedom. We also find qualitative differences between the anyonic signal and the corresponding bosonic or fermionic signals, indicating that anyons cannot be simply thought as intermediate between bosons and fermions.

Enhancement of the retrapping current of superconducting microbridges of finite length

17 мая 2012 в 11:30

Денис Водолазов (Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород)

В работе теоретически исследовано влияние величины параметра порядка в сверхпроводящих берегах |Δ|lead на процесс проскальзывания фазы и вольт-амперные характеристики сверхпроводящих нанопроволок/микромостиков конечной длины. Было обнаружено, что небольшое подавление |Δ|lead приводит к уменьшению сопротивления микромостика и увеличению тока возврата (retrapping current) сверхпроводника в сверхпроводящее состояние. Обнаруженный эффект связан с увеличением потока «горячих» неравновесных квазичастиц (индуцированных осцилляциями |Δ| в центре мостика) в берега при уменьшении |Δ|lead. Полученный результат может быть использован при объяснении отрицательного магнетосопротивления, экспериментально обнаруженного в нескольких недавних экспериментах на сверхпроводящих нанопроволоках/микромостиках.

Double proximity effect in hybrid planar Superconductor-(Normal metal/Ferromagnet)-Superconductor structures

26 апреля 2012 в 11:30

В.В. Рязанов (ИФТТ РАН)

We have investigated the differential resistance of hybrid planar Al-(Cu/Fe)-Al submicron bridges at low temperatures and in weak magnetic fields. The structure consists of Cu/Fe-bilayer forming a bridge between two superconducting Al-electrodes. In superconducting state of Al-electrodes, we have observed a double-peak peculiarity in differential resistance of the S-(N/F)-S structures at a bias voltage corresponding to the minigap. We claim that this effect (the doubling of the minigap) is due to an electron spin polarization in the normal metal which is induced by the ferromagnet. We have demonstrated that the double-peak peculiarity is converted to a single peak at a coercive applied field corresponding to zero magnetization of the Fe-layer.

Динамика вихрей в сверхтекучих ферми-системах при сверхнизких температурах

12 апреля 2012 в 11:30

Михаил Силаев (Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород)

Показано, что динамика квантованных вихрей в сверхтекучих ферми-системах при сверхнизких температурах определяется разогревом системы фермионов, локализованных в коре вихря. В отсутствие нормальной компоненты жидкости диссипация энергии определяется процессами столкновений, при которых происходит испускание квазичастиц из кора движущегося вихря. Этот механизм определяет универсальный низкотемпературный предел диссипации в сверхтекучих ферми-системах. Для типичных условий, реализующихся в экспериментах по исследованию квантовой турбулентности в гелии-3 В температура в корах вихрей составляет порядка 0.2 Тс. Также этот механизм может определять низкотемпературный предел добротности механического маятника в гелии-3 В.

Влияние квазичастичной инжекции на зависящий от частоты отклик сверхпроводника

5 апреля 2012 в 11:30

К.Э. Нагаев (ИРЭ РАН)

Вычислен линейный отклик неравновесного проводника на переменное электрическое поле. Неравновесность в нем создается путем инжекции квазичастиц из нормальных электродов через туннельные контакты с неодинаковой прозрачностью. Диссипативная часть отклика пропорциональна суммарной плотности инжектированных квазичастиц независимо от соотношения чисел дырочно-подобных и электроно-подобных возбуждений. При фиксированной плотности квазичастиц диссипация увеличивается с понижением температуры.

Многочастичные состояния в открытых квантовых системах. Майорановские фермионы.

29 марта 2012 в 11:30

Михаил Баранов (Инсбрук, Австрия)

Обсуждается способ создания коррелированных многочастичных состояний в открытых квантовых системах (квантовых системах, определенным образом взаимодействующих с резервуаром). Основное внимание уделяется одномерной атомной цепочке с майорановскими краевыми состояниями и связи последних с нетривиальной топологией матрицы плотности системы.

Solution of the Dyson-Schwinger equation on de Sitter background in IR limit

22 марта 2012 в 11:30

Эмиль Ахмедов (ИТЭФ)

We propose an ansatz which solves the Dyson-Schwinger equation for the real scalar fields in Poincare patch of de Sitter space. In the IR limit the Dyson-Schwinger equation for this ansatz reduces to the kinetic equation, if one considers scalar fields from the principle series. Solving the latter equation we show that under the adiabatic switching on and then off the coupling constant the Bunch-Davies vacuum relaxes to the state with the flat Gibbons-Hawking density of out-Jost harmonics on top of the corresponding de Sitter invariant out-vacuum.

Квантовые флуктуации в квазиодномерных сверхпроводниках

1 марта 2012 в 11:30

К.Ю. Арутюнов (University of Jyväskylä, Finland & НИИЯФ МГУ)

В последнее время вопрос квантовых флуктуаций в квазиодномерных сверхпроводниках, также еще часто называемых квантовым проскальзыванием фазы (КПФ), стал привлекать интерес научной общественности [1]. В частности было обнаружено, что эффект приводит к конечному сопротивлению тонких «сверхпроводящих» нанопроводов при температурах существенно ниже критической TTc [2-6]. Совсем недавно было экспериментально продемонстрировано, что тот же самый эффект — квантовое проскальзывание фазы — приводит к подавлению незатухающих диамагнитных токов в очень тонких колечках [7], приводя к открытию энергетической щели в спектре, которое может быть использовано для построения квантовой двухуровневой системы [8]. Теоретически было показано, что тонкий сверхпроводящий канал в режиме квантовых флуктуаций дуален Джозефсоновскому контакту [9]. Предсказание ведет к достаточно неожиданному результату: сверхпроводник должен демонстрировать изолирующее состояние — Кулоновскую блокаду. Совсем недавно автором был продемонстрирован этот эффект в сверхтонких титановых нанопроводах. Более того, аналогия с Джозефсоновской системой предполагает, что если смещенный по току квазиодномерный сверхпроводник облучается внешним ВЧ излучением с частотой f, то на ВАХ должны наблюдаться специфические особенности — Блоховские ступеньки — при квантованных значениях тока In=n×(2ef, где n — целое число и 2e — заряд Куперовской пары. В тех же самых титановых нанопроводах эти Блоховские особенности были также продемонстрированы. Ожидается, что в полной аналогии с эффектом Шапиро в Джозефсоновских контактах, этот эффект может привести к важному метрологическому применению — квантовому эталону тока. [1] K. Yu. Arutyunov, D.S. Golubev, and A.D. Zaikin, Phys. Rep. 464, 1 (2008). [2] N. Giordano, Phys. Rev. Lett. 61, 2137 (1988). [3] A. Bezryadin, C.N. Lau, and M. Tinkham, Nature 404, 971 (2000). [4] M. Zgirski, K.-P. Riikonen, V. Touboltsev, and K. Arutyunov, NanoLett. 5, 1029 (2005). [5] M. Zgirski, K.-P. Riikonen, V. Touboltsev, and K.Yu. Arutyunov, Phys. Rev. B 77, 054508 (2008). [6] J.S. Lehtinen, T. Sajavaara, K.Yu. Arutyunov, and A. Vasiliev, arXiv:1106.3852v1 (2011). [7] K.Yu. Arutyunov, T.T. Hongisto, J.S. Lehtinen, L.I. Leino, and A.S. Vasiliev, Nature: Sci. Rep. 2(293), 1 (2012). [8] O.V. Astafiev, L.B. Ioffe, S. Kafanov, Yu.A. Pashkin, K.Yu. Arutyunov, D. Shahar, O. Cohen, and J.S. Tsai, Nature 482, to be published (March, 2012). [9] J.E. Mooij and Yu.V. Nazarov, Nature Physics 2, 169 (2006).

Counting free fermions on a line: a Fisher-Hartwig asymptotic expansion for the Toeplitz determinant in the double-scaling limit

19 января 2012 в 11:30

Дмитрий Иванов (ETH Zurich and Univeristy of Zurich), Александр Абанов, Вадим Чеянов

We derive an asymptotic expansion for a Fredholm determinant arising in the problem of counting one-dimensional free fermions on a line segment at zero temperature. This asymptotic expansion was conjectured previously from numerical evidence. It is explicitly periodic in the «counting parameter» and describes the nonanalytic dependence of the asymptotic behavior of the determinant on this parameter. The derived expansion is an extension of the result in the theory of Toeplitz determinants known as the generalized Fisher-Hartwig conjecture. We present two ways to derive our result: the matrix Riemann-Hilbert problem and the Painleve V equation. We prove that the expansion coefficients are polynomials in the counting parameter, provide an algorithm for their calculation order by order and list explicitly first several coefficients. (arXiv:1112.2530)

Multifractality of wave functions: basic concepts and experiment

29 декабря 2011 в 11:30

Владимир Кравцов (ICTP, Trieste, Italy)

Wave functions in certain disordered systems exhibit a special scaling called «multifractality». Discovered in the 80-th as the property of critical states near the Anderson transition point, this phenomenon has been rapidly developing recently with new important results about the scaling relationships between the fractal dimensions and the origin of these relationships in CFT. At the same time, the critical states near the Anderson transition become accessible experimentally in cold atom systems, in disordered 2D electron gases in semiconductors and in sound wave propagation in strongly disordered media. I will review these new results and some recent theoretical predictions.

Heat, work and fluctuation relations in single-electron transport: experimental test of the Jarzynski equality

22 декабря 2011 в 11:30

Jukka Pekola (Aalto University, Finland )

The physical foundations of commonplace concepts such as information, work and heat can be studied in detail in small systems having just few degrees of freedom. Characteristic of such systems is that the magnitude of thermal fluctuations of energy and coordinate variables can be significant compared to their mean behavior. Fluctuation relations have been developed relatively recently to describe these phenomena. They have been successfully applied in the interpretation of, e.g., experiments performed on individual complex biomolecules. However, a «textbook» example of nontrivial nonequilibrium thermal fluctuations measured in a well-characterized system has been missing. Here we demonstrate experimental readout of the distribution of dissipated energy in a metallic single-electron box that we subject to an external nonadiabatic gate drive at sub-kelvin temperatures [1]. In contrast to previous experimental work, the total heat dissipated in an electron tunneling event can be directly determined from the timing of the tunneling event with respect to the external drive [2]. Also, being a lithographically defined electronic system, the experimental gate protocol can be repeated accurately and indefinitely without degrading the sample, allowing us to recover the heat distribution with a dynamic range of more than three orders of magnitude. The present work shows that nonequilibrium thermodynamics can be studied in solid state systems where realization of quantum coherence effects and an engineered non-Gaussian environment is experimentally feasible. [1] O.-P. Saira et al., in preparation. [2] D.V. Averin and J.P. Pekola, EPL 96, 67004 (2011).

Закон возрастания энтропии с точки зрения квантовой механики

15 декабря 2011 в 11:30

Г.Б. Лесовик

Второй закон термодинамики, один из фундаментальных законов природы, на сегодняшний день по-прежнему представляется не до конца понятным и вызывающим вопросы. Именно так он представлен и в учебниках — например в «Статистической физике» Ландау и Лифшица. Вместе с тем, развитие квантовой механики и квантовой информатики последних лет позволяет понять происхождение второго закона и связанной с ним концепции необратимости (выражающейся в возрастании энтропии со временем), по крайней мере, на качественном уровне. Именно качественному рассмотрению будет посвящена большая часть доклада. Кроме того, мы обсудим некоторые аспекты количественного описания. В частности, будут рассмотрены: 1) Рост энтропии в результате квантовой запутанности системы и резервуара на примере частицы, блуждающей по решетке с детекторами на ребрах решётки, и в задаче о статистике переноса заряда в квантовом проводнике. 2) Условия обратимости эволюции системы. Нарушение симметрии в гильбертовом пространстве состояний.

Tunneling electro-conductance of Bose condensates

8 декабря 2011 в 11:30

Vladimir Akulin (Orsay, France)

Interaction of an electron with a Bose condensate of atoms having electron affinity is considered. States of an electron trapped by such atoms form a continuous band, although tunneling through this band is strongly suppressed by quantum fluctuations of the condensate density. Still the transport process turns to be possible when inelastic processes associated with quantum transitions in the condensate are taken into account. One can adapt the standard field theory methods that originally have been developed for description of a particle propagating trough a disordered potential and present an exactly soluble analytical model of the process.

Фототоки в графене и топологических изоляторах

1 декабря 2011 в 11:30

Л.Е. Голуб (ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН)

Оптическое возбуждение графена поляризованным светом приводит к чисто долинному току, при котором носители в долинах текут в противоположные стороны. Ток в каждой долине генерируется благодаря асимметрии оптических переходов и рассеяния электронов на примесях, обусловленной гофрировкой электронного энергетического спектра. Направление долинного тока определяется ориентацией плоскости поляризации света относительно кристаллографических осей. Электрон-электронное рассеяние приводит к дополнительному вкладу в долинный ток, который является доминирующим в нелегированном графене на подложке с высокой диэлектрической проницаемостью. Обсуждаются возможности электрического и оптического детектирования долинных фототоков. Также рассмотрены сверхрешётки, сформированные периодической деформацией листа графена. Показано, что асимметрично деформированный графен действует как квантовый храповик (ratchet), генерируя электрический ток при поглощении нормально падающего света. Фототок, чувствительный к знаку циркулярной поляризации, рассчитан для сверхрешёток с различной степенью асимметрии. Помимо графена, в работе изучены фотогальванические эффекты в квантовых ямах с инвертированной зонной структурой, где реализуется одномерный топологический изолятор. Показано, что при освещении такой системы эллиптически поляризованным светом с энергией кванта, меньшей ширины запрещенной зоны, возникают краевые фототоки. Токи на противоположных краях образца направлены в противоположные стороны и меняют полярность при изменении знака круговой поляризации возбуждающего излучения.

Спин-зависимая оптическая спектроскопия наноструктур

17 ноября 2011 в 11:30

Е.Л. Ивченко (Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, С.-Петербург)

В вводной части доклада будет дан обзор спин-зависимых явлений, изучаемых в нашей теоретической группе ФТИ для развития методов генерации, накопления и детектирования электронной спиновой поляризации, а также управления ею. Затем я перейду к более подробному рассмотрению спектроскопии заряженных и нейтральных квантовых точек. (1) Спиновая динамика электронов в заряженных квантовых точках. В настоящее время в оптической спектроскопии для изучения спиновой ориентации электронов в наноструктурах широко применяется двухпучковый метод «накачка-зондирование» (pump-probe), по-видимому, впервые предложенный для объемных полупроводников в теоретической работе [1]. Будут рассмотрены явления, связанные с оптическим управлением электроными спинами и синхронизацией мод спиновой прецессии электронов в массивах квантовых точек n-типа при их накачке периодической последовательностью оптических импульсов [2]. (2) Тонкая структура экситонов в нейтральных квантовых точках. Будет представлена теория обменного электрон-дырочного взаимодействия в наноструктурах и проанализировано, как зависит характер расщепления экситонных подуровней от формы наноструктурного потенциала и ориентации квантовой точки относительно кристаллографических осей. В этой части я расскажу о новых результатах [3] экспериментального и теоретического изучения спиновых свойств ненапряженных квантовых точек GaAs/AlGaAs(111). [1] А.Г. Аронов, Е.Л. Ивченко, ФТП 15, 231 (1973). [2] I.A. Yugova, M. M. Glazov, E.L. Ivchenko, Al. L. Efros, Phys. Rev. B 80, 104436 (2009); L.V. Fokina, I.A. Yugova, D.R. Yakovlev, M.M. Glazov, I.A. Akimov et al., Phys. Rev. B 81, 195304 (2010). [3] G. Sallen, B. Urbaszek, M. M. Glazov, E. L. Ivchenko, T. Kuroda et al., Phys. Rev. Lett. 107, 166604 (2011).

Топологические инварианты и нулевые фермионные моды в гелии-3 В и топологических сверхпроводниках

3 ноября 2011 в 11:30

Михаил Силаев (Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород)

Одной из популярных тематик в современной физике конденсированных сред является изучение свойств систем со щелью в фермионном спектре квазичастиц, в то же время обладающих нетривиальной топологией гриновских функций. К числу таких систем относятся топологические изоляторы, а также сверхтекучий гелий-3 В и топологические сверхпроводники. В докладе будут рассмотрены некоторые из таких соединений. Также будут приведены примеры применения теоремы об индексах, определяющей число нулевых мод на границах, доменных стенках и в корах вихрей в сверхтекучем гелии-3 В и топологических сверхпроводниках.

Квантовая Оптика с однофотонными источниками

20 октября 2011 в 11:30

Алексей Акимов (ФИАН)

Существенная часть доклада будет посвящена использованию плазмонных нанопроволок для работы с однофотонными источниками, от эффективного сбора фотонов с твердотельных однофотонных источников до удержания одиночных атомов в областях нанометрового размера. Также будут коротко обсуждены центры окраски в алмазе не только как источники одиночных фотонов, но и возможный кандидат на основной элемент квантового процессора или сенсора нанометрового разрешения.

Majorana fermions in pinned vortices

13 октября 2011 в 11:30

Александр Рожков (Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН)

Exploiting the peculiar properties of proximity-induced superconductivity on the surface of a topological insulator, we propose a device which allows the creation of a Majorana fermion inside the core of a pinned Abrikosov vortex. The relevant Bogolyubov-de Gennes equations are studied analytically. We demonstrate that in this system the zero-energy Majorana fermion state is separated by a large energy gap, of the order of the zero-temperature superconducting gap Δ, from a band of single-particle non-topological excitations. In other words, the Majorana fermion remains robust against thermal fluctuations, as long as the temperature remains substantially lower than the critical superconducting temperature. Experimentally, the Majorana state may be detected by measuring the tunneling differential conductance at the center of the Abrikosov vortex. In such an experiment, the Majorana state manifests itself as a zero-bias anomaly separated by a gap, of the order of Δ, from the contributions of the nontopological excitations. [A.L. Rakhmanov, A.V. Rozhkov, Franco Nori, Phys. Rev. B 84, 075141 (2011)]

Universal manifestations of electron-electron interaction in conductivity of a 2D metal near a convex-concave Fermi surface transition

6 октября 2011 в 11:30

Владимир Юдсон (Институт спектроскопии РАН, Троицк)

In the absence of umklapp scattering, the existence of the Fermi-liquid (T2) term in conductivity of a 2D metal depends on the Fermi surface geometry, in particular, on whether it is convex or concave. Due to hexagonal warping, the Fermi surface of 2D metallic surface states of 3D topological insulators of the Bi2Te3 family changes its shape (from convex to concave) on doping, while still being too small to allow for umklapp scattering. We show that near a convex-concave transition the T2 term in the conductivity obeys a universal scaling form. [H.K. Pal, V.I. Yudson, D.L. Maslov, arXiv:1108.2435]

Нестационарный режим электронного транспорта через примесь в одномерной системе с сильным межэлектронным отталкиванием

29 сентября 2011 в 11:30

Д.С. Шапиро, С.Н. Артеменко (ИРЭ РАН)

Исследуется проводимость 1D системы взаимодействующих электронов с примесью. Межэлектронное отталкивание описывается в рамках бозонизованного гамильтониана Томонаги-Латтинджера. Рассмотрены случаи короткодействующего взаимодействия (возникающего в квантовых проволоках за счет экранирования затвором) и дальнодействующего кулоновского взаимодействия. Полученные уравнения движения для гайзенберговского оператора бозонного поля смещения в точке примеси имеют вид уравнений колебаний маятника. Эти уравнения строго решены в квазиклассическом пределе, соответствующем сильному межэлектронному отталкиванию, когда флуктуации в зарядовом канале малы. При этом для случая электронов со спином решение для спинового канала, в котором флуктуации нельзя считать малыми, удается найти с помощью метода рефермионизации, применимого в случае взаимодействия, не зависящего от спина. Так как уравнения похожи на уравнение движения маятника, решение дает постоянный и переменный токи, частота переменного тока определяется величиной постоянного тока, f = I/e. Решение, описывающее колебания, получено также в самосогласованном гармоническом приближении (гауссова модель флуктуаций). В случае короткодействия это приближение обосновывается в пределе больших напряжений и при достаточно сильном отталкивании (латтинджеровский параметр взаимодействия Kρ < 1/2), когда высшие кумулянты убывают с ростом напряжения, так что флуктуации можно считать близкими к гауссовым. При кулоновском дальнодействии эффект можно строго обосновать и при умеренной величине отталкивания, когда параметр e2/(ℏvF) ∼ 1. Это связано с логарифмической расходимостью фурье-образа кулоновского потенциала в длинноволновом пределе, что приводит к более эффективному обрезанию инфракрасной расходимости, характерной для 1D систем. В случае кулоновского взаимодействия эффект можно рассматривать как скольжение «одномерного вигнеровского кристалла» в условиях пиннинга на примеси.

Ренормгрупповые исследования двумерных ферми-систем

22 сентября 2011 в 11:30

Андрей Катанин (Институт физики металлов УрО РАН, Екатеринбург)

В докладе рассматривается применение метода функциональной ренормгруппы к описанию двумерных фермионных систем. Для несингулярной плотности состояний приводятся строгие результаты доказательства ферми-жидкостного поведения во всех порядках теории возмущений. Физически интересный случай сингулярностей ван Хова в электронном спектре проанализирован численно в одно- и двухпетлевом приближении, что позволяет определить температурные зависимости восприимчивостей, симметрию магнитного и сверхпроводящего параметров порядка и предполагаемые фазовые диаграммы основного состояния вблизи ферро- и антиферромагнитных неустойчивостей. Анализируются возможные сценарии нарушения ферми-жидкостного поведения вблизи магнитных и сверхпроводящих неустойчивостей, а также перспективы развития метода функциональной ренормгруппы.

Двумерные дираковские фермионы и топологический изолятор в квантовых ямах на основе HgTe

1 сентября 2011 в 11:30

З.Д. Квон (Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск)

Излагаются результаты экспериментального исследования безмассовых однодолинных двумерных (2D) дираковских фермионов (ДФ), а также 2D разупорядоченного топологического изолятора (ТИ) в квантовых ямах на основе HgTe квантовых ям. Двумерные ДФ наблюдаются в ямах толщиной d = 6.6 nm, соответствующей переходу от прямого к инвертированному спектру. Они имеет принципиальное отличие от ДФ в графене, так как линейный спектр в HgTe квантованных ямах вызван релятивисткой природой энергетического спектра HgTe, а не особым расположением атомов. По этой причине в их поведении велика роль спин-орбитального взаимодействия и зеемановского расщепления. Также немаловажен тот факт, что подвижность ДФ в HgTe ямах достигает величины 2∙105 сm2/Vs, тогда как в графене она на порядок меньше. Измерены транспортный и емкостный отклик системы. Он показывает, что спектр в зоне проводимости является линейным при всех достижимых энергиях. Валентная зона устроена сложнее, и наряду с безмассовыми дираковскими дырками при энергиях на 10 meV ниже дираковской точки возникает зона тяжелых дырок с экстремумами вне центра зоны Бриллюэна. Установлено, что при низких температурах (Т < 0.2 K) вблизи дираковской точки проводимость системы σ > 1.5 e2/h и определяется эффектами взаимодействия и слабой антилокализации, указывающей на быструю спиновую релаксацию ДФ. Обнаружено рассеяние безмассовых ДФ массивными дырками. В заключение обсуждаются особенности квантового эффекта Холла. 2D топологический изолятор реализован в HgTe квантовых ямах, имеющих толщину d = 8 nm - 9 nm. Измерениями нелокального сопротивления показано, что одномерная проволока, реализуемая в таком двумерном ТИ вдоль краев квантовой ямы, может достигать длин несколько миллиметров. Ее кондактанс g ~ 0.1. Найдено, что даже в такой длинной проволоке отсутствуют эффекты локализации, видимо, благодаря топологической устойчивости исследованного 2D ТИ. Обнаружен пробой ТИ продольным магнитным полем.

Coulomb drag between quantum wires

23 июня 2011 в 11:30

А.П. Дмитриев, И.В. Горный, Д.Г. Поляков (Karlsruhe Institute of Technology, Germany)

We revisit the problem of Coulomb drag between ballistic one-dimensional electron systems. Within the Boltzmann kinetic approach, we demonstrate that the equilibration between the right- and left-movers in the wires is crucially important for establishing dc drag. This relaxation requires either interwire electron-electron backscattering or processes involving the scattering of electrons near the bottom of the spectrum. The forward pairwise scattering of electrons near the Fermi level is therefore not sufficient, in contrast to a number of works studying drag due to this mechanism of scattering, for nonzero dc drag resistivity. At sufficiently high temperatures, the «left-right» relaxation (and hence the drag effect) is dominated by the triple inelastic collisions involving a «cold» electron near the band bottom. This yields the activation temperature dependence of the transresistivity, which we calculate from the Fokker-Planck equation.

Theory of fractional quantum Hall interferometers

16 июня 2011 в 11:30

Е. Сухоруков (University of Geneva)

Interference of fractionally charged quasi-particles is expected to lead to Aharonov-Bohm oscillations with periods larger than the flux quantum. However, according to the Byers-Yang theorem, observables of an electronic system are invariant under adiabatic insertion of a quantum of singular flux. We resolve this seeming paradox by considering a microscopic model of an electronic interferometer made from a quantum Hall liquid at filling factor 1/m in the shape of a Corbino disk. Quantum Hall edge states are utilized in place of optical beams, quantum point contacts play the role of beam splitters connecting different edge channels, and Ohmic contacts may be considered a source and drain of a quasi-particle current. Depending on the position of Ohmic contacts one distinguishes interferometers of Fabry-Perot (FP) and Mach-Zehnder (MZ) type. An approximate ground state of such interferometers is described by a Laughlin type wave function, and low-energy excitations are incompressible deformations of this state. We construct a low-energy effective theory by projecting the state space of the liquid onto the space of incompressible deformations and show that the theory of the quantum Hall edge so obtained is a generalization of a chiral conformal field theory. A quasi-particle tunneling operator in our theory is found to be a single-valued function of tunneling point coordinates, and its phase depends on the topology, determined by the positions of Ohmic contacts. We describe strong coupling of the edge states to Ohmic contacts and the resulting quasi-particle current through the interferometer with the help of a master equation. We find that the coherent contribution to the average quasi-particle current through MZ interferometers vanishes after the summation over quasi-particle degrees of freedom. Remaining contribution originates from electron tunneling and oscillates with the electronic period, in agreement with the Byers-Yang theorem. When a magnetic flux through FP interferometers is varied with a modulation gate, current oscillations have the quasi-particle periodicity, thus allowing for the spectroscopy of quantum Hall edge states. Importantly, in contrast to previous models our theory does not rely on any ad-hoc constructions, such as Klein factors.

Переход сверхпроводник-изолятор и локализация энергии (продолжение)

9 июня 2011 в 11:30

М.В. Фейгельман

Переход сверхпроводник-изолятор и локализация энергии

26 мая 2011 в 11:30

М.В. Фейгельман

Будет дан обзор имеющейся (в зачаточной форме) теории сильно неупорядоченных сверхпроводников с псевдощелью, и квантового фазового перехода из этого состояния в состояние изолятора. После этого предполагается представить и обсудить длинный ряд открытых вопросов, как теоретических, так и экспериментальных.

Электронный транспорт в коррелированном квантовом проводе с объемными контактами

19 мая 2011 в 11:30

С.Н. Артеменко, П.П. Асеев, Д.С. Шапиро (ИРЭ РАН)

Теоретически исследуется электронный транспорт через контакты одномерной (1D) системы взаимодействующих электронов с металлическими 2D или 3D электродами. Обычно для описания электронного транспорта в таких систем используются граничные условия, выведенные Эггером и Грабертом для средних величин и идеальных адиабатических контактов. Однако эти условия недостаточны для описания флуктуаций, которые в 1D системах велики, и не описывают процессов релаксации в 1D проводнике за счет связи с массивными электродами, играющими роль термостата. Кроме того реальные контакты не обязательно являются адиабатическими, что должно привести к формированию фриделевских осцилляций (ФО) и повлиять на электронный транспорт в 1D системе. Мы выводим граничные условия для неадиабатических контактов с учетом флуктуаций и показываем, что в этом случае у контакта действительно возникают ФО, которые подавляют омическую проводимость аналогично действию примесей в системах 1D электронов с отталкиванием. Исследуется нестационарный механизм электронного транспорта, связанный с образованием ФО у контактов.

Диффузия Арнольда в дискретном нелинейном уравнении Шрёдингера с сильным беспорядком

28 апреля 2011 в 11:30

Д. Баско (CNRS, Grenoble, France)

Изучается вопрос о наличии и характере транспорта в классической гамильтоновой системе со слабой нелинейностью, в ситуации когда нормальные моды линейной задачи сильно локализованы по Андерсону. Статистический анализ пространственной структуры хаотического движения в системе позволяет вывести макроскопические уравнения для транспорта сохраняющихся величин (нормы и энергии), и получить явные выражения для транспортных коэффициентов. (arXiv:1005.5033)

Optical excitation of Electron-Glasses

21 апреля 2011 в 11:30

Z. Ovadyahu (Racah Institute of Physics, The Hebrew University, Jerusalem)

Electron-glasses can be readily driven far from equilibrium by a variety of means. Several mechanisms to excite the system and their relative merits are reviewed. In this talk we focus on the process of exciting electron-glasses by interaction with near infrared radiation. The efficiency of this protocol varies considerably among different electron-glasses, but it only weakly depends on their resistance at liquid helium temperatures. A dramatic enhancement of the excitation efficiency is observed upon doping crystalline indium-oxide with Au. Some enhancement is observed also in samples doped with Pb but this enhancement fades away with time unlike the situation in the Au-doped samples. Several structural and analytical tools are used to characterize the changes in the materials that may be responsible for these effects. Possible routes by which high-frequency electromagnetic fields take the system far from equilibrium are discussed.


Отсутствие фононов в некоторых случайных решетках

14 апреля 2011 в 11:30

Я.М. Бельтюков, Д.А. Паршин (Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет)

Теория случайных матриц использована для анализа колебаний в неупорядоченных системах. Исследована случайная динамическая матрица M = AAT , обладающая неотрицательными собственными значениями ε = ω2. Матрица A — произвольная квадратная (N × N), вещественная случайная матрица. Рассмотрен случай, когда матрица A задана на простой кубической решетке, обладающей трансляционной инвариантностью (потенциальная энергия системы зависит от разности смещений атомов из положений равновесия) с взаимодействием только с ближайшими соседями. Показано, что при определенном типе беспорядка, длинноволновые голдстоуновские моды (фононы) не могут распространяться по решетке. Плотность колебательных состояний g(ω) как функция частоты ω не обращается в ноль, при ω = 0. Причина такого аномального поведения заключается в нарушении аффинности смещений атомов при деформациях решетки и неприменимости к этой системе макроскопической теории упругости. Модуль Юнга E испытывает сильные флуктуации от образца к образцу, зависит от размеров системы и обращается в ноль в термодинамическом пределе. Это поведение напоминает свойства гранулярных сред в точке так называемого jamming transition. Практически все колебательные моды в системе оказываются делокализованными и энергия колебаний распространяется в решетке посредством диффузии. Этот диффузионный механизм переноса энергии позволяет качественно объяснить теплопроводность стекол κ(T) в широкой области температур T от 20 — 1000 К.

Three-way junctions of interacting quantum wires: Tunneling into a Luttinger liquid revisited

7 апреля 2011 в 11:30

Дмитрий Поляков (Institut fuer Nanotechnologie, Karlsruhe Institute of Technology, Germany)

I will first review what makes correlated electron systems in one dimension (for which the Luttinger liquid is a prototype model) special as far as the inelastic scattering processes and the elastic renormalizations are concerned. I will then focus on the question of how interactions renormalize tunneling into a Luttinger liquid without making the usual assumption that the tunneling amplitude is infinitesimally small. It will be shown that the conventional fixed point, which describes the zero-bias suppression of tunneling into a homogeneous liquid, has a finite basin of attraction only in the point-contact model. A finite size of the contact makes it generically unstable to the tunneling-induced breakup of the liquid into two semi-infinite parts. In the course of the renormalization, the tunneling conductance may behave nonmonotonically and the tunnel contact may become more transparent with decreasing temperature or bias voltage. In the point-contact model, the regions on the phase diagram which correspond to the conventional zero-bias anomaly and the breakup are separated by a quantum phase transition. I will put these results in the context of theory of «three-way junctions» of correlated quantum wires.

Эффект Ааронова-Бома на наноотверстиях в тонком графите и графене

24 марта 2011 в 11:30

Ю. Латышев (ИРЭ РАН, Москва)

Исследовано магнетосопротивление монокристаллов нанотонкого графита (Н//c), cодержащего наноотверстия (антидоты), получавшиеся либо облучением тяжелыми ионами в направлении оси c (диаметр антидота 24 нм), либо с помощью фокусированных ионных пучков (диаметр 35 нм). Показано, что присутствие антидотов на образцах обоих типов вызывает появление осциллирующего вклада в магнетосопротивление с периодом, соответствующим кванту магнитного потока hc/e на площадь антидота и независящим от толщины образца вплоть до 1 нм (биграфен). Осцилляции наблюдаются до высоких температур ≈ 50К. Результаты связываются с вкладом поверхностных графеновых слоев и с существованием предсказанных недавно краевых состояний таммовского типа вокруг антидота, обуславливающих наблюдение эффекта Ааронова-Бома на образцах некольцевой геометрии.

Локализованные пары и псевдощель вблизи перехода сверхпроводник-изолятор в аморфных сверхпроводниках

10 марта 2011 в 11:30

В.Ф. Гантмахер (ИФТТ РАН)

Физический смысл понятия локализованных сверхпроводящих пар обсуждается на основе анализа поведения гранулированных сверхпроводников, эффекта четности и характера движения куперовских пар в окрестности перехода Березинского—Костерлица—Таулеса. Экспериментальные доказательства существования локализованных пар базируются на измерениях магнетосопротивления и на измерениях плотности состояний при помощи туннельного микроскопа. Переход сверхпроводника в состояние изолятора может и не сопровождаться появлением локализованных пар. Среди условий, способствующих их появлению, близость к переходу металл-изолятор, приводящая к фрактальности волновых функций электронов, а также определенные корреляции в случайном потенциале.

Негауссовские флуктуации в макроскопических равновесных системах в магнитном поле

24 февраля 2011 в 11:30

К.Э.Нагаев (ИРЭ РАН)

Вычислены зависящие от магнитного поля нелинейная проводимость и шум в двумерной макроскопической неоднородной системе. Если эта система не обладает специальной симметрией, то при наличии магнитного поля третий кумулянт тока отличен от нуля даже в равновесии. Он связан с первой и второй производной по напряжению от спектральной плотности и среднего тока такими же соотношениями, как и для мезоскопических квантово-когерентных систем, но сами эти величины могут быть гораздо больше. Таким образом, система представляет собой удобный объект для проверки нелинейных флуктуационно-диссипационных соотношений. [arXiv:1004.5310, Phys. Rev. Lett. 105, 146802 (2010)]

Свойства двумерных электронных систем под микроволновым облучением

10 февраля 2011 в 11:30

С.И. Дорожкин (ИФТТ РАН)

В экспериментальной части доклада будут приведены экспериментальные результаты по (1) магнетоосцилляциям фототока и фото-ЭДС, наблюдаемым в двумерных электронных системах под микроволновым излучением при использовании контактов различной топологии; (2) наблюдению эффекта бистабильности в режиме индуцированного излучением состояния двумерных электронных систем, обладающего малой диссипацией на постоянном тока (так называемое «microwave induced zero-resistance state»). Полученные результаты свидетельствуют о спонтанных переходах между двумя состояниями с различной геометрией электрических полей, индуцированных излучением. Теоретическая часть посвящена результатам расчета фото-гальванических сигналов, возникающих за счет встроенного в образце электрического поля, что требует расчета как проводимости, так и коэффициента диффузии электронов в неравновесных условиях под облучением. Показано, что в случае, когда основной фото-отклик системы возникает за счет неравновесного заполнения электронного спектра, влияние излучения на коэффициент диффузии мало, так что возможно возникновение ситуации, когда электронная система в однородном состоянии описывается отрицательной проводимостью и положительным коэффициентом диффузии. Получены вольт-амперные характеристики, которые описывают экспериментальные результаты. Для простой геометрии показано, что однородное состояние конечной двумерной системы с отрицательной проводимостью и положительным коэффициентом диффузии может оставаться устойчивым. Установлено аномальное поведение экранирования в таких условиях.

Fast vortices and superconducting fluctuations in the cuprates and amorphous superconductors

27 января 2011 в 11:30

Peter Armitage (John Hopkins University, Baltimore, USA)

The nature of the underdoped pseudogap regime of the high-temperature superconductors has been a matter of long-term debate. On quite general grounds, one expects that due to their low superfluid densities and short correlation lengths, superconducting fluctuations will be very significant for transport and thermodynamic properties in this part of the phase diagram. Although there is ample experimental evidence for such correlations, there has been disagreement about how high in temperature they may persist, their role in the phenomenology of the pseudogap, and their significance for understanding high-temperature superconductivity. In this work we use THz time-domain spectroscopy (TTDS) to probe the temporal fluctuations of superconductivity above Tc in LSCO thin films over a doping range that spans almost the entire superconducting dome (x=0.06 to 0.25). Signatures of the fluctuations persist in the conductivity in a comparatively narrow temperature range, up to — at most — 16 K above Tc. We compare our results with the measurements of diamagnetism in a similarly doped crystals of LSCO and show through a vortex-plasma model that if the fluctuation diamagnetism solely originates in vortices, then they must necessarily exhibit an anomalously large vortex diffusion constant, which is more than two orders of magnitude larger than the Bardeen-Stephen estimate. This points to either an entirely different character to vortex dynamics in the underdoped d-wave cuprates or a contribution to the diamagnetic response that is not superconducting in origin. I will make a comparison to our related work using broadband microwave spectroscopy on amorphous superconducting InO thing films.

Statistics of energy flows, temperature fluctuations and underlying techniques

7 октября 2010 в 11:30

Ю.В. Назаров (Delft University of Technology, Netherlands)

I will review recent results on statistics of energy flows and temperature fluctuations in zero-dimensional systems with emphasis on underlying techniques. The motivation for this is a recent revival of interest to thermal transport and successes in micro-thermometry. The technique in question has been proposed in 2003 by Kindermann and Pilgram. I will start by putting it into general context. Further, I concentrate on simple model systems and give the details of technique application for concrete setups of double junction and single-electron transistor. I will also shortly address the flows of (quantum) information quantities, the problems arising in this context and possible relation to energy flows.

γ→α фазовый переход в церии не является изоструктурным: теория и эксперимент

30 сентября 2010 в 11:30

А.В. Николаев (НИИЯФ МГУ, ИФХЭ РАН), А.В. Цвященко, А.И. Величков, А.В. Саламатин, Л.Н. Фомичева, Г.К. Рясный, А.А. Сорокин, О.И. Кочетов, М. Будзинский, К.Г. Мишель

Аллотропные формы одного и того же элемента обычно характеризуются разными группами пространственной симметрии. Однако, в церии обнаружены две термодинамически стабильные фазы — γ и α, которые обладают одной и той же гранецентрированной кубической (гцк) решеткой и отличаются только значением ее постоянной. С тех пор в течение 60 лет γ→α переход в церии стал прототипом для других «изоструктурных» фазовых переходов. Для объяснения существования этих двух фаз было выдвинуто много теоретических моделей, в которых выделялись различные факторы, ответственные за их формирование. Среди этих моделей была выдвинута теория квадрупольного упорядочения, которая, в отличие от остальных подходов, утверждала, что этот переход является скрытым структурным переходом, и предлагала проверить этот вывод экспериментальным образом. В данном докладе приводится краткий обзор теории квадрупольного упорядочения и первых экспериментальных данных А.В. Цвященко с соавторами, которые подтвердили эту теорию и обнаружили, что фазовый переход от γ-Ce к α-Ce не является изоструктурным. Ссылки: [1] Elisashberg, G. and Capellmann, H., JETP Lett. 67, 125 (1998). [2] Nikolaev, A.V. and Michel, K. H., Eur. Phys. J. B 9, 619-634 (1999). [3] Nikolaev, A.V. and Michel, K. H., Phys. Rev. B 66, 054103 (2002). [4] Tsvyashenko, A. V. et al., cond-mat arXiv: 1003.1247 (2010).

Двумерный ферми-газ ультрахолодных атомов

23 сентября 2010 в 11:30

А.В. Турлапов (ИПФ РАН, Нижний Новгород)

Эксперименты с ультрахолодным газом ферми-атомов позволяют моделировать фундаментальные явления квантовой физики. В том числе — явления, не наблюдавшиеся в других ферми-системах. К таким явлениям относится когерентный переход между ферми- и бозе-газом, стабильность сильновзаимодействующей ферми-системы, сверхтекучесть при резонансных взаимодействиях, а также, возможно, вязкость вблизи квантового минимума и блуждающий ферромагнетизм. Успехи в экспериментах с ультрахолодными ферми-атомами связаны с возможностью точного контроля и настройки параметров — взаимодействия, плотности, температуры, спинового состава. В ИПФ РАН создана новая экспериментальная система — двумерный ферми-газ атомов. Я расскажу о приготовлении ультрахолодного газа и о задачах, которые в будущем могут моделироваться в этой системе. Экспериментальная система, возможно, позволит наблюдать фазовые переходы и критические точки, предсказанные для двумерных ферми-систем. В числе задач 2-мерной физики, потенциально доступных для исследования — сверхтекучесть, переход Березинского—Костерлица—Таулеса, ферромагнетизм, задача о рассеянии 2 и 3 тел.

Квантовый алгоритм Шора

16 сентября 2010 в 11:30

Питер Шор

Будет подробно изложен знаменитый квантовый алгоритм факторизации целых чисел (так называемый «алгоритм Шора», возможность реализации которого ставит под вопрос надежность схемы шифрования RSA, базирующейся на предположении об экспоненциальной сложности факторизации на классическом компьютере) и коротко обсуждены перспективы квантовых вычислений в целом. О Питере Шоре в Википедии.

Nonequilibrium coherent dynamics in Charge Density Waves from femto-second optical experiments and their modeling

9 сентября 2010 в 11:30

С. Бразовский

Fundamental problems in temporal evolution of symmetry breaking phase transitions span subjects from high energy and cosmology, to condensed matter. The reported new approach [1] is the optical study of a far-from-equilibrium evolution of the electronic charge ordering after a quench caused by an intense laser pulse. Technique of multi-pulse spectroscopy with a femto-second resolution allowed to simultaneously monitor both bosonic and fermionic components, coherent aperiodic undulations of the order parameter, critical slowing down of the collective mode (akin to the Higgs boson), and evolution of the particle-hole gap which is due to the Peierls-BCS mechanism. The numerical modeling with no fitting parameters allowed reproducing the observations, particularly the spatio-temporal distortions («Higgs waves») arising from «earthquakes» — annihilation events of topological defects in depth of the sample. The results give a rare access to the in-situ dynamics of phase transitions. Other results apply to experiments by Latyshev et al. at IREE on nano-junctions of CDW materials. We model the ground state reconstruction with creating and propagation of dislocations in the electronic crystal. [1] In collaboration with D. Mihailovic group at the Jozef Stefan Institute, Ljubljana, Slovenia. R. Yusupov, et al, «Coherent dynamics of macroscopic electronic order through a symmetry breaking transition», Nature Physics, DOI:10.1038/NPHYS1738, on-line.

Квантовая запутанность и основания статистической механики

13 мая 2010 в 11:30

О.В. Лычковский (ИТЭФ)

Состояние открытой квантовой системы, взаимодействующей с большим квантовым резервуаром, в большинстве случаев с течением времени приближается к некоторому равновесному состоянию. Это равновесное состояние может зависеть (вообще говоря) или почти не зависеть (как правило) от начального состояния открытой системы и резервуара, являться или не являться распределением Больцмана-Гиббса, и т.д. В последние два десятилетия был доказан ряд теорем о характере релаксации к равновесному состоянию, опирающихся исключительно на уравнение Шредингера для замкнутой системы. Важную роль в этих теоремах играет понятие квантовой запутанности состояний открытой системы и резервуара, генерируемой взаимодействием между ними. В докладе представлен обзор этих результатов.


Anomalous scaling and solitary waves in systems with non-linear diffusion

29 апреля 2010 в 11:30

Alex Hansen (Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway)

With background in the dynamics of wetting films in porous media under two-phase flow conditions, we discuss a non-linear convective-diffusive equation, local in space and time, describing the thickness of a wetting film. The presence of a non-linear diffusion predicts the existence of fronts as well as shock fronts. Despite the absence of memory effects, solutions in the case of pure non-linear diffusion exhibit an anomalous sub-diffusive scaling. Due to a balance between non-linear diffusion and convection we, furthermore, show that solitary waves appear. For large times they merge into a single solitary wave exhibiting a topological stability. Even though our results concern a specific equation, numerical simulations supports the view that anomalous diffusion and the solitary waves disclosed will be general features in such non-linear convective-diffusive dynamics [A. Hansen, B.-S. Skagerstam and G. Tora, arxiv:1003.3638v1 (2010)].

Локальные матрицы и топологические фазы свободных фермионов

15 апреля 2010 в 11:30

Алексей Китаев (Caltech)


Эффект Джозефсона в длинных диффузных SNS контактах в магнитном поле

8 апреля 2010 в 11:30

Дмитрий Иванов, Benoit Crouzy (EPFL)

Рассматривается диффузный SNS контакт (нормальная диффузная прослойка между двумя сверхпроводниками) во внешнем магнитном поле. В пределе длинного контакта эффект Джозефсона зависит от отношения ширины контакта к «магнитной длине». Найдено критическое значение ширины контакта, разделяющее два режима: режим узкого контакта, в котором критический ток экспоненциально убывает как функция длины, и режим широкого контакта, в котором критический ток экспоненциально убывает и осциллирует как функция длины. В режиме широкого и длинного контакта найденная зависимость количественно отличается от фраунгоферовского режима, справедливого для широких и узких (или туннельных) контактов. Кроме того, в этом режиме сверхпроводящие корреляции и критический ток локализованы вблизи краев контакта. Препринт: arXiv:0907.0632

Electronic transport in Mach-Zehnder and Fabry-Perot interferometers realized with quantum Hall edge states

1 апреля 2010 в 11:30

Дмитрий Багрец (INT, Karlsruhe Institute of Technology, Germany)

Motivated by a series of recent experiments I will discuss the influence of the long range Coulomb interaction on the quantum coherence in Mach-Zehnder and Fabry-Perot electronic interferometers realized with integer quantum Hall edge states. I will review the experimental status in this intriguing subfield of mesoscopics and further on will propose a simple physical model which enables to explain an experimentally observed unusual non-monotonic dependence of the visibility of the interference pattern. The origin of this effect is found to be a combination of the electrostatic Aharonov-Bohm effect, related to the charge imbalance on different arms of the interferometer, and the non-equilibrium dephasing, which stems from the emission of out-of-equilibrium plasmons in course of inelastic electron tunneling. The possible role of the edge-state reconstruction on the formation of the interference pattern is also discussed.

Транспорт импульса и массы при распространеннии электромагнитной волны в среде с отрицательным преломлением

25 февраля 2010 в 11:30

В.Г. Веселаго (ИОФ им. А.М. Прохорова, МФТИ)

Рассмотрен вопрос об импульсе фотона, распространяющегося в преломляющей среде. Показано, что в этом случае соотношения P = hk и ΔM = E/c2 не могут быть реализованы одновременно. Показано, что в среде с отрицательным преломлением световое давление заменяется на световое притяжение.

Взаимодействия, коррелированные состояния и спин-долинная симметрия в двухслойном графене

18 февраля 2010 в 11:30

Л. Левитов (MIT)

We analyze competition between different ordered states in bilayer graphene (BLG). Combining arguments based on SU(4) flavor symmetry with a mean field analysis, we identify the lowest energy state with the anomalous Hall insulator (AHI). This state is an SU(4) singlet excitonic insulator with broken time reversal symmetry, exhibiting quantized Hall effect in the absence of external magnetic field. Applied electric field drives an Ising-type phase transition, restoring time reversal symmetry. Applied magnetic field drives a transition from the AHI state to a quantum Hall ferromagnet state. We estimate energies of these ordered states, taking full account of screening, and predict the phase diagram.

Superinsulating state in two-dimensional superconducting systems: experiment and theory

28 января 2010 в 11:30

Т. Батурина (ИФП СО РАН, Новосибирск), Н. Щелкачёв (ИТФ), В. Винокур (Argonne National Laboratory, USA)

We discuss the results of the experimental study of two-dimensional superconducting systems (TiN films and Josephson junction arrays) in the vicinity of the superconductor-insulator transition. We have found the transition from the activation-type conductivity characteristic to insulating state to the state with the practically zero conductivity. Experimental findings indicate that the observed superinsulating state is the low-temperature phase of the charge Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) transition. Considering the charge transfer in two-dimensional Josephson junction arrays, we observe that the tunneling current in their insulating state is ensured by the relaxation mediated by the electron-hole environment. The energy gap, appearing in the electron-hole spectrum below the BKT transition, gives rise to suppression of the tunneling current offering the microscopic mechanism for the superinsulating behavior.

Запутанные состояния электронов в сверхпроводниках и нормальных металлах

17 декабря 2009 в 11:30

Г.Б. Лесовик

Запутанные состояния играют ключевую роль в квантовой криптографии и квантовых вычислениях. Кроме того, изучение степени запутанности стало в последнее время новым инструментом изучения многочастичных систем. Запутанные состояния фотонов реализованы много лет назад и уже используются в практической квантовой криптографии. В то же время запутанные состояния электронов экспериментально пока не наблюдались. Мы обсудим теоретические предложения по наблюдению запутанности электронов в квантовых проводниках. Мы также обсудим способы наблюдения запутанности и эксперимент, сделанный недавно в США (Wei, Chandrasekhar, arXiv:0910.5558), в котором наблюдалось перекрёстное Андреевское отражение, а также перекрёстные положительные корреляции токов. Этот эксперимент является косвенным указанием на то, что Куперовская пара, вылетая из сверхпроводника, распадается на два запутанных между собой электрона, которые направляются в нормальный проводник через два разных контакта

Tunntling into the nonequilibrium state of the Luttinger liquid

5 ноября 2009 в 11:30

D. Bagrets (Institut fuer Nanotechnologie, Forschungszentrum Karlsruhe, Germany)

will discuss the problem of tunneling into the voltage biased quantum wire containing weak backscattering defects. I will argue that one-dimensional interacting electrons in such a wire constitute a true non-equilibrium state of the Luttinger liquid (LL). This state is created as the result of inelastic electron backscattering leading to emission of non-equilibrium plasmons with typical frequency of the order of applied voltage eU. Tunneling rates of electron into/from such state are split into two edges. I show that a tunneling exponent of the main edge at the Fermi energy (EF) is positive and is that of a bulk exponent in the equilibrium LL, while the power law exponent at the side edge at EFeU turns out to be negative if Coulomb interaction is not too strong.

Статистическая структура квантовой теории

22 октября 2009 в 11:30

А.С. Холево (МИРАН)

За последние три десятилетия в математических основаниях квантовой механики, связанных с теорией квантовых измерений, произошли глубокие перемены. В настоящее время разворачивается их широкое осмысление. Хорошо известно, что квантовая механика - это не просто динамическая теория; снабженная статистической интерпретацией, она порождает новый вид вероятностной модели, радикально отличающейся от классической. Таким образом, статистическая структура квантовой механики является предметом, заслуживающим специального изучения и в большой степени отличающимся от стандартного содержания книг по квантовой механике. Появление прикладных направлений квантовой физики, таких как квантовая оптика, квантовая электроника и оптическая связь, а также развитие техники высокоточного эксперимента вызвали новый интерес к квантовым измерениям и перевели вопрос о последовательной количественной квантовой статистической теории измерений в практическую плоскость. Такая теория была создана в последней четверти прошлого века как далеко идущее логическое развитие статистической интерпретации, опирающееся на основание современного функционального анализа. Перефразируя известное определение теории вероятностей («Probability theory is a measure theory - with a soul», M. Kac), можно сказать, что это - теория операторов в гильбертовом пространстве, «одушевленная» статистической интерпретацией квантовой механики. Математической сущностью этой теории являются разнообразные аспекты положительности и тензорных произведений в алгебрах операторов (имеющие свои корни, соответственно, в фундаментальных вероятностных свойствах положительности и независимости). В докладе будет дан обзор основных направлений в современных исследованиях статистической структуры квантовой теории.

Вероятностное представление квантовой механики

1 октября 2009 в 11:30

В.И. Манько (ФИАН)

Дана формулировка квантовой механики (так называемое вероятностное представление), в которой квантовые состояния описываются распределениями вероятностей как в классической статистической механике для систем с непрерывными переменными (координата и импульс), так и для систем с дискретными переменными (спины, двухуровневые атомы, кубиты и кудиты). Основное эволюционное уравнение и уравнение для уровня энергии даны для матрицы плотности (уравнение фон Неймана) и в фазовом пространстве (уравнение Мойала), а также для распределений вероятностей в вероятностном представлении квантовой механики, что сравнивается с классическим кинетическим уравнением Лиувилля. Выводятся соотношения неопределённостей Гейзенберга и Шрёдингера-Робертсона и показаны их обобщения для смешанных состояний в форме, допускающей прямую экспериментальную проверку в экспериментах квантовой оптики, в которых измеряется волновая функция. Неравенства Белла объясняются для вероятностного описания состояний спина. Обсуждаются перспективы получения новых результатов с использованием недавно найденного вероятностного представления квантовых состояний.

Запутанность состояний, коты Шрёдингера и нелокальность в квантовой механике

24 сентября 2009 в 11:30

В.И. Манько (ФИАН)

Объясняется понятие квантовых корреляций и феномен запутанности многочастичных квантовых систем. Представляется концепция чистых квантовых состояний в терминах волновой функции (Шрёдингер, 1926) и смешанных квантовых состояний в терминах матрицы плотности (Ландау, фон Нейман, 1927), которая сравнивается с концепцией состояний в классической статистической механике. Рассказывается об интегралах движения для систем с нестационарными гамильтонианами и рассмотрен пример параметрического осциллятора. Рассмотрено современное состояние дискуссии, касающейся проблемы скрытых параметров и парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена. Неравенства Белла обсуждаются для классической границы 2. Обсуждается граница Цирельсона 2*21/2. Представлены примеры суперпозиций или котов Шрёдингера, сконструированных из когерентных состояний, такие как чётные и нечётные когерентные состояния. Задаются сжатые состояния фотонов (фононов) и их статистика. Дано описание фазового пространства в квантовой механике в терминах функции Вигнера, введённой в 1932, функции Хусими, введённой в 1940, и диагонального представления Сударшана-Глаубера, введённого в 1963, что сравнивается «на пальцах» с так называемым квантованием со звёздочным произведением.

Тонкая структура резонансов Аронова-Бома в квантовом кольце с Латтинжеровской жидкостью

10 сентября 2009 в 11:30

В.Ю. Качоровский (ФТИ им. Иоффе, СПб), А.П. Дмитриев, И.В. Горный, Д.Г. Поляков

Рассчитан интерференционный вклад в туннельный кондактанс квантового одноканального кольца с бесспиновыми электронами, взаимодействующими в рамках модели Латтинжера, и исследована его зависимость от температуры и магнитного потока, пронизывающего кольцо. В отсутствии электрон-электронного взаимодействия интерференционный кондактанс содержит серию резонансов Ааронова-Бома. Показано, что взаимодействие приводит к расщеплению каждого резонанса в группу узких пиков, расстояние между которыми пропорционально силе взаимодействия. Размерное квантование в кольце приводит к сильному подавлению сбоя фазы за счет электрон-электронного взаимодействия даже при относительно высокой температуре, значительно превышающей расстояние между квантовыми уровнями в кольце. Поэтому ширина возникающих пиков в основном определяется двумя факторами: временем туннельного выхода из системы и температурой, но не силой взаимодействия.

Убывание коэффициентов фурье решений системы Навье-Стокса

3 сентября 2009 в 11:30

Я.Г. Синай

Перекрёстное андреевское отражение в гетероструктурах

16 апреля 2009 в 11:30

Михаил Каленков (ФИАН)

В докладе будут представлены теоретические результаты по электронному транспорту в трехтерминальных гетероструктурах нормальный металл/сверхпроводник/нормальный металл. В таких системах электрон, падающий из нормального электрода в сверхпроводник, может отразиться в виде дырки в другой нормальный электрод. Этот процесс, называемый перекрестным андреевским отражением, наравне с обычным туннелированием, определяет нелокальный кондактанс в рассматриваемой гетероструктуре. В рамках квазиклассической теории сверхпроводимости получены формулы для вольт-амперных характеристик как в баллистическом приближении, так и в диффузионном пределе. Будет проведено сравнение развитой теории с результатами недавних экспериментов.

Spontaneous symmetry breaking in general relativity. Brane world concept

9 апреля 2009 в 11:30

B.E. Meierovich (P.L. Kapitza Institute for Physical Problems)

Gravitational properties of a hedge-hog type topological defect in two extra dimensions are considered in General Relativity employing a vector as the order parameter. The developed macroscopic theory of phase transitions with spontaneous symmetry breaking is applied to the analysis of possible «thick» brane structures. The previous considerations were done using the order parameter in the form of a multiplet in a target space of scalar fields. The difference of these two approaches is analyzed and demonstrated in detail. There are two different symmetries of regular solutions of Einstein equations for a hedgehog type vector order parameter. Both solutions are analyzed in parallel analytically and numerically. Regular configurations in cases of vector order parameter have one more free parameter in comparison with the scalar multiplet solutions. It is shown that the existence of a negative cosmological constant is sufficient for the spontaneous symmetry breaking of the initially plain bulk. Regular configurations have a growing gravitational potential and are able to trap the matter to the brane. Among others there are solutions with the gravitational potential having several points of minimum. Identical in the uniform bulk spin-less particles, being trapped within separate points of minimum, acquire different masses and appear to an observer within the brane as different particles with integer spins.

Электрическое дипольное эхо в стеклах в магнитном поле

26 февраля 2009 в 11:30

Д.А. Паршин (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет)

Проведено теоретическое рассмотрение влияния магнитного поля на амплитуду дипольного эха в стеклах при температурах порядка 10 мК, обусловленного наличием в стекле несферических ядер с электрическими квадрупольными моментами. Показано, что в этом случае двухуровневые системы (ДУС), определяющие свойства стекол при низких температурах, превращаются в более сложные - многоуровневые системы. Эти системы обладают новыми (по сравнению с обычными ДУС) свойствами, например, осцилляциями амплитуды электрического дипольного эха в магнитном поле. Эти осцилляции (хотя и существенно меньшей амплитуды) сохраняются и в том случае, когда в стекле несферических ядер нет (глицерол). В этом случае за них ответственно слабое диполь-дипольное взаимодействие магнитных моментов ядер. В рамках теории возмущений выведена общая формула, описывающая амплитуду эха в произвольно расщепленной ДУС. В работе проведен детальный аналитический и численный анализ этой формулы. Получено хорошее качественное и количественное согласие теории с экспериментальными данными.

Спин-орбитальная связь и межэлектронное взаимодействие в полупроводниках

19 февраля 2009 в 11:30

М.М. Глазов (Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН)

Доклад посвящен спин-орбитальным эффектам в электрон-электронном взаимодействии и их проявлениям в полупроводниковых наноструктурах. В рамках kp-метода теории возмущений получены выражения для спин-зависимых вкладов в эффективный матричный элемент межэлектронного рассеяния. Обсуждается спиновая релаксация электронов и возможность генерации чисто спиновых токов за счет электрон-электронного взаимодействия. Анализируется тонкая структура двух электронов, локализованных в полупроводниковой квантовой точке, обусловленная спин-орбитальными вкладами в электрон-электронное взаимодействие. Показано, что в анизотропных квантовых точках спиновое вырождение триплетного состояния пары носителей полностью снято. Обсуждаются зависимости расщеплений спектра от геометрических параметров квантовых точек, а также возможные проявления тонкой структуры пары носителей в спектрах фотолюминесценции квантовых точек. [1] M.M. Glazov, V.D. Kulakovskii, Preprint arXiv:0901.2893 (2009).

Kramers degeneracy in a magnetic field and zeeman spin-orbit coupling in antiferromagnets

12 февраля 2009 в 11:30

Revaz Ramazashvili (Orsay University)

Essential dependence of the electron g-tensor on the quasiparticle momentum is a fundamental and, so far, largely overlooked property of antiferromagnetic conductors. I will discuss some of its symmetry underpinnings and experimental consequences. The predictions may be relevant to antiferromagnetic conductors from chromium to electron- and hole-doped cuprates, borocarbides, pnictides, organic and heavy fermion antiferromagnets.

Оптика метаматериалов

15 января 2009 в 11:30

А.К. Сарычев (Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН)

Одним из наиболее интересных результатов в физике последнего времени является создание и исследование оптических метаматериалов. Строго говоря, термин «метаматериал» означает всего лишь «искусственно созданное вещество». В нанотехнологиях им чаще всего обозначают искусственное вещество, приобретающее необычные оптические свойства благодаря внесению в него массива нанометровых металлических частиц. Созданные метаматериалы с отрицательной диэлектрической проницаемостью и отрицательной магнитной проницаемостью дают отрицательный показатель преломления. Из метаматериалов можно построить сверхлинзу, дающую изображение нанообъектов, невидимых в обычный микроскоп. С другой стороны, экраны, изготовленные из метаматериалов, могут делать объекты невидимыми. В докладе будет сделан обзор работ по оптическим метаматерилам. Будут рассмотрены традиционные метаматериалы, представляющие периодические пространственные структуры, состоящие из резонансных элементов, роль которых могут играть металлические наноантенны. Размер нанорезонаторов и расстояние между ними предполагается много меньшим чем длина волны. Резонаторы обладают электрическим и/или магнитным резонансом. Свойства резонансов объясняются распространением оптических плазмонов в металлических наноструктурах. Высокодобротный электрический резонанс обеспечивает отрицательную диэлектрическую восприимчивость на частотах больше резонанса, а магнитный резонанс дает отрицательную магнитную восприимчивость. Основной проблемой в практическом применении метаматериалов являются омические потери. Мы рассмотрим активные метаматериалы, в которых потери компенсируются за счет добавления активной, лазерной среды. Активные метаматериалы используются для конструирования плазмонных нанолазеров и других оптических устройств.

Двумерный полуметалл в квантовых ямах на основе HgTe

4 декабря 2008 в 11:30

З.Д. Квон (Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск)

В докладе излагаются результаты экспериментального изучения свойств двумерного полуметалла, впервые реализованного благодаря особенностям размерного квантования электрона в HgTe квантовых ямах. Показано, что он возникает в квантовых ямах с ориентацией (013) и обусловлен перекрытием зоны проводимости, дно которой расположено в центре двумерной зоны Бриллюэна и валентной зоны, потолок которой находится в боковых точках этой же зоны. Перекрытие зон составляет величину порядка 10 мэВ. Указанная система позволяет реализовать двумерный полуметалл с любым соотношением между концентрацией электронов и дырок простым изменением затворного напряжения. Обнаружен ряд особенностей, связанных с одновременным существованием двумерных электронов (ДЭ) и дырок (ДД) и, в частности, сильное рассеянием между электронной и дырочной поверхностями Ферми и аномальный рост проводимости двумерного полуметалла с понижением температуры, вызванный рассеянием двумерных электронов на более тяжелых двумерных дырках. Исследован переход квантовая холловская жидкость - изолятор в двумерном полуметалле. Его анализ показывает, что переход носит характер непрерывного квантового фазового перехода. Установлено, изолятор возникает в точке равенства концентраций ДЭ и ДД. На основе этого сделан вывод о возможном формировании экситонного изолятора в данной точке.

Nonequilibrium kinetics of a disordered Luttinger liquid

20 ноября 2008 в 11:30

Dmitry Bagrets (Institut fur Nanotechnologie, Forschungszentrum Karlsruhe, Karlsruhe, Germany)

We develop a kinetic theory for strongly correlated one-dimensional electron systems out of equilibrium, within the framework of the Luttinger liquid model. In the absence of disorder (backscattering off impurities), the model is completely integrable and as such exhibits no relaxation to equilibrium. We formulate a theoretical framework to study relaxation processes due to the interplay of disorder and electron-electron interactions, based on kinetic equations for electron and plasmon distribution functions. We calculate the rate of energy relaxation (equilibration) in a disordered Luttinger liquid, relevant to the transport properties of quantum wires at finite bias voltage. Remarkably, for not too low temperature and bias, the energy-relaxation rate is found to be given by the rate of elastic scattering off disorder, independent of the strength of electron-electron interaction and temperature.

Электронная структура, магнетизм и сверхпроводимость в ферропниктидах

16 октября 2008 в 11:30

И.И. Мазин (Naval Research Laboratory, USA)

В докладе будет сделан краткий обзор наиболее непонятных и неожиданных наблюдений (экспериментальных и численных) касающихся новых сверхпроводников на базе FeAs. Я расскажу о том, как в предположении спин-флуктуационного механизма появляется необычное сверхпроводящее состояние с s-симметрией и параметром порядка, меняющим знак. Вторая половина доклада будет посвящена возможному объяснению магнитных, структурных и транспортных свойств в нормальном состоянии и обсуждению возможности наличия магнитного порядка даже в сверхпроводящих образцах.

Экспериментальная реализация интерферометра типа Фабри-Перо для электронов в режиме целочисленного и дробного квантового эффекта Холла

18 сентября 2008 в 11:30

Э.В. Девятов (ИФТТ РАН)

Интерферометр типа Фабри-Перо экспериментально реализован для электронов в режиме квантового эффекта Холла. Интерференционные условия создаются для электронов, распространяющихся в одном направлении на мягком краю двумерной электронной системы. Использованная экспериментальная геометрия позволяет как экспериментально подтвердить мягкость края (наличие полос сжимаемой и несжимаемой электронной жидкости), так и исследовать интерференционные эффекты, связанные с транспортом поперек отдельной несжимаемой полосы. Показано наличие интерференции при транспорте поперек полосок с целочисленным фактором заполнения и дробными факторами, не относящимися к основной лафлиновской последовательности. Полученные результаты означают, что интерференция определяется «нормальными» электронами даже в режиме дробного квантового эффекта Холла. Обсуждается влияние экранировки на амплитуду и период интерференционных осцилляций.

Gluon scattering in supersymmetric Yang-Mills theory and quantum geometry of the momentum space

15 мая 2008 в 11:30

Александр Горский (ИТЭФ)

Полупроводниковая электроника на основе карбида кремния (SiC): современное состояние и перспективы

24 апреля 2008 в 11:30

А.А. Лебедев (Лаборатория физики полупроводниковых приборов ФТИ РАН им. А.Ф. Иоффе)

История исследований SiC. Открытие твердотельной электролюминесценции. Работы О.В.Лосева. Преимущества SiC перед другими полупроводниками для разработки силовой и СВЧ техники. Работы ФТИ РАН 60-90х гг. - метод сублимационной эпитаксии, светодиоды, диоды, полевые транзисторы. Политипизм карбида кремния. Структура и свойства различных политипов. Естественная сверхрешетка гексагональных политипов. Трансформации политипа SiC в процессе эпитаксии. Неконтролируемое образование прослоек (квантовых ям) кубического SiC (3C-SiC) в гексагональном SiC. Деградация приборов на основе гексагонального SiC и борьба с ней. Получение и исследование пленок 3C-SiC на основе подложек других политипов SiC - двойникование, переход металл-изолятор, отрицательное магнетосопротивление. Контролируемое получение SiC гетерополитипных структур. Спонтанная поляризация. Формирование гетероструктур 3С-SiC - nH-SiC методом сублимации в вакууме. Электролюминесценция гетеродиодов (p) 3C-SiC / (n) 6H-SiC. Формирование наноуглеродных пленок на поверхности карбида кремния в процессе его термодеструкции.

f(R) models of dark energy in the Universe

10 апреля 2008 в 11:30

A. AlexeiStarobinsky

Recent progress in construction of viable dark energy models in f(R) gravity (where R is the scalar curvature) satisfying laboratory, Solar system and cosmological tests is discussed. This class of models represents an interesting alternative to the standard cosmological model with a cosmological constant. Further problems and most critical tests for this approach are outlined.

Межслоевая туннельная спектроскопия слоистых соединений с волной зарядовой плотности и графита

3 апреля 2008 в 11:30

Юрий Латышев (ИРЭ РАН, Москва)

Метод межслоевого туннелирования, широко распространенный для спектроскопии слоистых высокотемпературных сверхпроводников, использован для спектроскопии слоистых материалов с волной зарядовой плотности (ВЗП) и графита. С его помощью проведена спектроскопия энергетической щели ВЗП, в том числе в сильных магнитных полях до 55 Тл. На графите проведена спектроскопия уровней Ландау и показан их релятивистский характер, присущий графену.

On statistical mechanics of a single particle in random logarithmically-correlated potentials

20 марта 2008 в 11:30

Yan Fyodorov (Nottingham)

I am going to discuss recent results (obtained in collaboration with J.-P. Bouchaud) of the replica approach to statistical mechanics of a single classical particle placed in a random Gaussian landscape. Particular attention will be paid to landscapes with logarithmically growing correlations which give rise to a multifractal structure of the Boltzmann-Gibbs weights. In the limit of infinite spatial dimension we will show that the model is precisely equivalent to the Derrida’s GREM. If time allows, I will also briefly discuss a one-dimensional variant of the model which can be analyzed by a mapping to the Dyson’s Coulomb gas. In particular, in the latter case we conjecture the explicit form of the distribution of the lowest minimum in such a potential.

ОПИСАНИЕ СТАТИСТИКИ ПЕРЕНОСА ЗАРЯДА НА ЯЗЫКЕ ВОЛНОВЫХ ФУНКЦИЙ (по материалам работ в соавторстве с Джанни Блаттером (ETH Zurich), Фабианом Хасслером (ETH Zurich), Андреем Лебедевым (ИТФ им. Л.Д. Ландау), Ж.-М. Графом (ETH Zurich), Михаилом Сусловым (ИФТТ), Михаилом Лебедевым (ИФТТ))

21 февраля 2008 в 11:30

Г.Б. Лесовик

Мы рассмотрим перенос заряда в квантовых проводниках в условиях, когда на рассеиватель из резервуара налетает конечное число электронов. В этих условиях оказывается очень удобным описывать статистику переноса на языке волновых функций. Мы покажем, что характеристическая функция, соответствующая функции распределения перенесенного заряда, оказывается равной так называемой «фидельности», которая с технической точки зрения есть скалярное произведение двух векторов состояний (волновых функций), эволюционировавших в течение времени измерения в различных условиях. Такая величина обычно используется для характеристики степени чувствительности эволюции квантовой системы к малым возмущениям. Эту величину можно вычислить в общем виде для случая, когда исходное состояние электронов описывается детерминантом Слетэра. (Ключевым в этом вычислении является то обстоятельство, что состояние, описываемое некоторым детерминантом Слетэра, инвариантно относительно линейных преобразований набора «векторов», из которых составлен детерминант.) Полученное выражение для характеристической функции фактически соответствует так называемой «детерминантной» формуле, известной с 1993 года (Левитов, Лесовик). Мы обсудим обобщение ранее полученных формул для предела большого количества электронов с помощью теоремы Сцего (Szego) (обобщение на короткие времена, и зависящие от энергии прозрачности). Для случая, когда исходное состояние не описывается простым детерминантом Слетэра, т.е. является запутанным, общего выражения не существует, но можно выписать ответы для случая, когда состояние есть суперпозиция всего двух детерминантов. Мы особенно подробно рассмотрим случай двух электронов, опишем различные обменные эффекты в статистике переноса, ранее не изучавшиеся. Мы также рассмотрим возможные ограничения на тип функций распределений в зависимости от того, является ли состояние электронов запутанным. Наконец, мы обсудим пример запутанного состояния двух электронов, возникающего при рассеянии на квантовой точке с учетом кулоновского взаимодействия.

Computational investigation of short pulse laser irradiation with metals

14 февраля 2008 в 11:30

Zhibin Lin (University of Virginia, USA)

Short pulse laser irradiation with metals has been investigated using a computational method combining the Two-Temperature-Model (TTM) with Molecular Dynamic (MD). In this talk, short pulse laser-induced thermoelastic deformation, generation of crystal defects and ultrafast melting in several metal targets obtained in the computer simulations will be presented. Transient changes in the thermophysical properties, namely the electron-phonon coupling and the electron heat capacity, due to strong laser excitation will be discussed within the framework of Density Functional Theory.

Допустимая статистика переноса заряда между проводниками, соединенными зависящим от времени рассеивателем

7 февраля 2008 в 11:30

А.Г. Абанов, Д.А. Иванов

Найдены ограничения на статистику переноса заряда между двумя проводниками для произвольной временной зависимости мгновенной матрицы рассеяния в модели невзаимодействующих фермионов при нулевой температуре. Ограничения сформулированы в терминах аналитических свойств производящей функции: ее нули должны находиться на отрицательной действительной полуоси. Эта работа обобщает существующие результаты для случая рассеяния на стационарном рассеивателе под действием напряжения, зависящего от времени.

Коллективные возбуждения в поляризованной квантово-холловской системе при ультраслабом магнитном допировании

24 января 2008 в 11:30

С. Дикман, В. Флеров, К. Кикоин

При очень низкой концентрации магнитной примеси (Mn) двумерный электронный газ (2DEG) в гетероструктурах на основе GaAs должен сохранять свои уникальные свойства, определяемые межэлектронным взаимодействием, одновременно приобретая магнитные свойства, определяемые взаимодействием с примесями. В работе исследован случай полузаполненного уровня Ландау в сильном магнитном поле, когда квантово-холловская система в основном состоянии поляризована. Коллективные эффекты , такие, например, как появление локализованных спиновых волн, определяются соотношением двух параметров - характерной энергией взаимодействия электронов в 2DEG и энергией непрямого обмена d-электронов примеси, возникающего из-за их гибридизации с электронами 2DEG. При отрицательном g-факторе электронов 2DEG (т.е. в нормальном, ненапряженном состоянии GaAs) исследуется спектр различных коллективных состояний, обусловленных присутствием примеси. Достаточно многообразная картина таких возбуждений возникает из-за значительного числа различных проекций спина иона Mn++, имеющего полузаполненную d-оболочку (т.е. полный спин 5/2). При отрицательном g-факторе 2DEG может произойти существенная перестройка основного состояния 2DEG даже при ничтожной концентрации примеси. Тогда в зависимости от величины магнитного поля и концентрации примеси возникает сложная фазовая диаграмма различных магнитных состояний 2DEG, включая появление пространственной скирмионной текстуры, задаваемой распределением примесей в двумерном канале. Обсуждаются возможности экспериментальной диагностики полученных результатов.

Munchhausen effect: tunneling in an asymmetric SQUID

10 января 2008 в 11:30

В. Гешкенбейн

A classical system cannot escape out of a metastable state at zero temperature. However, a composite system made from both classical and quantum degrees of freedom may drag itself out of the metastable state by a sequential process. The tunneling of the quantum degree of freedom entails a distortion in the trapping potential of the classical junction, which might be sufficiently large to transform the metastable state into an unstable one. The classical component then escapes. Such a situation can be conveniently studied and implemented in a dynamically asymmetric dc SQUID with two Josephson junctions of equal critical current Ic but strongly different shunt capacities C and/or shunt resistances R. We determine the dynamical phase diagram of this SQUID for various choices of junction parameters.

Эффект Керра в сверхпроводниках со спонтанной намагниченностью

27 декабря 2007 в 11:30

В.П. Минеев

Найдена величина вращения направления поляризации света (эффект Керра) при отражении от поверхности сверхпроводника со спонтанной намагниченностью. Результаты обсуждаются в связи с недавними наблюдениями эффекта в сверхпроводящем Sr2RuO4.

Interplay of coulomb and electron-phonon interactions in graphene

27 декабря 2007 в 11:30

Денис Баско (SISSA, Trieste)

 Electron-phonon coupling in graphene is currently a subject of intense research. Theoretically, the coupling constants are usually calculated using density-functional theory (DFT), where the exchange (Fock) term is treated in the local density approximation, or the generalized gradient approximation.
 In this work we consider mutual effect of weak electron-phonon and strong Coulomb interactions on each other by summing up leading logarithmic corrections via the renormalization group approach. We find that coupling constants to different phonon modes are renormalized differently, which explains the experimentally observed intensities of Raman peaks.

Проводимость двумерных систем при уменьшении kF*l. Роль взаимодействия и интерференции. Переход к прыжковой проводимости

6 декабря 2007 в 11:30

Г.М. Миньков, А.А. Шерстобитов, А.В. Германенко, О.Э. Рут

Обсуждаются результаты экспериментальных исследований проводимости двумерных систем при уменьшении k_F*l:возможность разделения вкладов в проводимость от электрон-электронного взаимодействия, от интерференции и их соотношение; диапазон проводимостей, в котором магнитополевые и температурные зависимости проводимости, а также неомическая проводимость адекватно описываются в рамках модели проводимости по делокализованным состояниям обсуждаются качественные отличия диффузионной и прыжковой проводимостей; переход к прыжковой проводимости и особенности прыжковой проводимости по состояниям, локализованным за счет интерференции. Показано, что вклад электрон-электронного взаимодействия в проводимость существенно уменьшается при k_F*l3.
Интерференционная поправка:
при sigma=(10-2)*e2/h (что соответствует 2< k_F*l

Перенос энергии и структурные трансформации в нелинейных механических цепях и полимерных кристаллах

22 ноября 2007 в 11:30

Л.И. Маневич, Е.А. Зубова (ИХФ им. Н.Н. Семенова РАН)

Рассматриваются нелинейные квазиодномерные модели, отражающие экспериментально наблюдаемые перенос энергии и структурные трансформации в механических и полимерных системах. В первой части доклада показано, что адекватное описание переноса и локализации энергии в механических системах достигается при введении предельных фазовых траекторий, составляющих, в определенном смысле, альтернативу нелинейным нормальным модам. Такие специальные траектории соответствуют полному энергообмену между осцилляторами или осцилляторными цепями. Формулируются условия динамического перехода «обмен-локализация». Предлагаемый подход иллюстрируется на примере двух слабо связанных осцилляторов. Затем обсуждается его обобщение на системы с большим числом степеней свободы, слабо связанные осцилляторные цепи и особый класс систем, в которых пространственная однородность нарушена (цепь линейных осцилляторов с сильно нелинейными элементами). Модели такого рода возникают, в частности, при расчете энергетических ловушек, способных защитить элементы конструкций от интенсивного импульсного воздействия. Проведено сопоставление аналитических результатов с экспериментальными данными, полученными на модельной системе. Во второй части доклада рассмотрены квазиодномерные аналитические и сильно низотропные трехмерные молекулярно-динамические модели, применимые при анализе твердых полимеров, в отличие от кристаллов низкомолекулярных веществ. Обсуждаются специфические для полимеров локализованные квазиодномерные структурные дефекты и нелинейные возбуждения. Показано, что ряд физических процессов в полимерах (диффузия цепей и релаксация в кристаллитах, мультистадийные структурные трансформации полимерных кристаллов в области предплавления) происходят при определяющем участии таких нелинейных возбуждений. Полученные аналитические и численные результаты обсуждаются в связи с имеющимися экспериментальными данными.

Статфизика дионов и конфайнмент

25 октября 2007 в 11:30

Д.И. Дьяконов (ПИЯФ РАН)

В теории Янга-Миллса недавно обнаружены новые классические решения, обобщающие стандартные инстантоны таким образом, что поляковская петля (голономия) может принимать любые значения; новые инстантоны «состоят» из N монополей для калибровочной группы SU(N). Вычислены квантовый детерминант малых флуктуаций вокруг новых инстантонов, а также мера интегрирования по их коллективным координатам. Таким образом, в квазиклассическом приближении статсумма теории Янга-Миллса приобретает вид статсуммы для ансамбля взаимодействующих монополей. В свою очередь, эта статсумма тождественно переписывается как 3-мерная квантовая теория поля, в которой любой коррелятор вычисляется точно, несмотря на взаимодействие. В частности, оказывается, что между двумя тяжёлыми источниками (кварками) натягивается струна с вычислимым профилем и натяжением, причём натяжения струн для разных калибровочных групп с высокой точностью совпадают с теми, что были получены при компьютерном моделировании теории Янга-Миллса на решётке. При температуре выше некоторой критической (также совпадающей для разных групп с измеренной на решётке) ансамбль монополей перестраивается, и происходит деконфайнмент.

Турбулентность в аккреционных дисках

4 октября 2007 в 11:30

А.М. Фридман

Из первых принципов получен коэффициент турбулентной вязкости и спектр турбулентности в аккреционных дисках.

Non-Abelian strings and monopoles in supersymmetric gauge theories

27 сентября 2007 в 11:30

Alexei Yung (PIYaF)

We review progress made in understanding the mechanism of non-Abelian confinement in supersymmetric gauge theories. In particular, we discuss construction of non-Abelian flux tubes (strings) in N=2 supersymmetric QCD. In certain regimes Z_N Abelian strings acquire orientational zero modes associated with rotation of their color flux inside a non-Abelian subgroup of the gauge group. This make these strings genuinely non-Abelian. For bulk theories with U(N) gauge group the internal dynamics of non-Abelian strings is described in terms of two dimensional CP(N-1) model. Next we focus on the notion of non-Abelian monopole. In particular, we discuss non-Abelian monopoles confined by non-Abelian strings. In the world sheet theory on the string they appear as CP(N-1) model kinks.

Когомологии духов и непертурбативная динамика суперструн

13 сентября 2007 в 11:30

Дмитрий Поляков

Формализм духовых когомологий - перспективный подход к изучению непертурбативной динамики струн и калибровочных теорий. Этот формализм позволяет исследовать непертурбативные эффекты в этих теориях, технически не выходя за рамки теории возмущений. Главная идея этого подхода в том, что информация о непертурбативной динамике теорий с локальными калибровочными симметриями содержится в особом секторе их пространств состояний, в котором материя смешана с духовыми степенями свободы. Обычно этот сектор состоит из локальных физических операторов, не обладающих явной калибровочной симметрией, но БРСТ-инвариантных благодаря их нетривиальному взаимодействию с духами. В частности, пертурбативные корреляционные функции этих особых операторов воспроизводят непертурбативную динамику струн и калибровочных теорий. Используя этот формализм, мы изучаем возникновение скрытых измерений в теории суперструн и двумерной супергравитации, динамику суперструн в искривленном пространстве-времени и новые голографические соотношения между струнами и другими физическими теориями в различных измерениях.

Аномальная спиновая релаксация в нанотрубках

6 сентября 2007 в 11:30

Д.В. Булаев (Базельский университет, Базель, Швейцария)

Доклад посвящён теоретическому исследованию времён спиновой релаксации и декогеренции в нанотрубках, которые проявляют необычные свойства в зависимости от магнитного поля: 1) время спиновой релаксации стремится к нулю с уменьшением расстояния между уровнями с противоположной ориентацией спина; 2) с увеличением этого расстояния общее поведение времени релаксации стремится к увеличению; 3) вследствие интерференционных эффектов время спиновой релаксации осциллирует как функция магнитного поля; 4) при определённых магнитных полях, в результате деструктивной интерференции между различными вкладами в спиновую релаксацию, происходит резкое увеличение времени релаксации до 200 с.

Нелинейное уширение спектра генерации волоконного ВКР-лазера (ВКР - вынужденное комбинационное рассеяние)

21 июня 2007 в 11:30

Докладчик: Е.В. Подивилов (ИАиЭ СО РАН, г. Новосибирск) Соавторы: С.А. Бабин, А.Е. Исмагулов, С.И. Каблуков, Д.В. Чуркин

Деформированный вигнеровский кристалл в одномерной квантовой точке

31 мая 2007 в 11:30

Я.В. Гиндикин, В.А. Сабликов (ИРЭ РАН)

Работа посвящена сильно коррелированному состоянию электронов в ограниченной одномерной системе. Для его описания проведены детальные исследования функции распределения электронов по одночастичным состояниям и Фурье-спектра пространственного распределения электронной плотности. Установлено, что эти величины обладают универсальными (не зависящими от потенциала взаимодействия и размеров системы) особенностями, которые характеризуют упорядочение электронов и деформацию вигнеровского кристалла, обусловленную наличием границ. Функция распределения имеет дельта-образную особенность на фермиевском импульсе, а Фурье-спектр плотности имеет особенность в виде ступеньки на удвоенном фермиевском импульсе, так что Фурье-гармоники с волновым ветром больше этой величины отсутствуют или исчезающе малы. Работа проведена с использованием разных подходов. Методом точной диагонализации найдена многочастичная волновая функция, с помощью которой получены функция распределения по одночастичным состояниям и Фурье-спектр плотности, обладающие указанными выше особенностями. Результаты сопоставлены с известными в литературе расчетами в рамках модели латтинджеровой жидкости. Оказалось, что эта модель также приводит к сингулярностям функции распределения и Фурье-спектра плотности, но их форма неправильная. С помощью простой модели выяснено, что найденные методом точной диагонализации особенности связаны с вигнеровским упорядочением электронов и деформацией вигнеровского кристалла вследствие наличия границ, а ошибка в модели латтинджеровой жидкости обусловлена тем, что в ней нарушается полная нейтральность системы, вследствие чего деформация оказывается переоцененной. Предложен подход, позволяющий в рамках метода бозонизации правильно описать коррелированное состояние. Он основан на использовании исправленного выражения для бозонизованного оператора плотности, который не нарушает сохранения полного числа частиц и нейтральности системы.

Phase structure of an abelian two-higgs model and high temperature superconductors

17 мая 2007 в 11:30

Maxim Chernodub (ITEP)

Эффект маятника капицы в аморфных магнетиках и сверхтекучем 3He в аэрогеле

26 апреля 2007 в 11:30

И.А. Фомин (ИФП им. П.Л. Капицы РАН)

В связи с идентификацией сверхтекучих фаз 3Не в аэрогеле вновь рассмотрен вопрос о влиянии слабого вмороженного беспорядка на вид и ориентацию параметра порядка непрерывно вырожденных систем. Показано, в частности, что имеется класс "орбитально изотропных" параметров порядка, для которых беспорядок типа "случайная анизотропия" не приводит к разрушению дальнего порядка по сценарию Ларкина и Имри и Ма. Показано также, что в случае, когда полученный минимизацией свободной энергии параметр порядка не принадлежит к этому классу, имеется механизм, который стремится изменить вид параметра порядка так, чтобы сделать его более "изотропным". Механизм этот аналогичен действию вибраций точки подвеса на ориентацию маятника Капицы. Предложена структура параметра порядка А-подобной фазы 3Не в аэрогеле, учитывающая "эффект маятника Капицы" и обсуждается, в какой мере существующие экспериментальные данные согласуются с этой структурой. В качестве дальнейшего примера рассмотрен аморфный ферромагнетик и показано, что анизотропный беспорядок приводит к ориентации параметра порядка, причем его ориентирующее действие достаточно сильно для того чтобы подавить эффект Ларкина и Имри и Ма.

Спиновые кубиты на основе квантовых точек в полупроводниках III-V и графене

19 апреля 2007 в 11:30

Д.В. Булаев (Базельский университет, Базель, Швейцария)

Первая часть доклада посвящена времени спиновой релаксации и декогеренции электронов и дырок в двумерных квантовых точках GaAs/InAs [D.V. Bulaev, D. Loss, Phys. Rev. B 71, 205324 (2005); Phys. Rev. Lett. 95, 076805 (2005)]. Будет проведен сравнительный анализ различных механизмов спин-орбитального взаимодействия, предложен метод по экспериментальному измерению спин-орбитальных констант Бычкова-Рашбы и Дрессельхауса, исследована немонотонная зависимость времени спиновой релаксации от величины магнитного поля и обсуждена реализация квантовых точек, в которых время спиновой релаксации тяжелых дырок может превышать соответствующее время для электронов. Во второй части доклада обсуждается метод получения квантовых точек на основе монослоя графена [B. Trauzettel, D.V. Bulaev, D. Loss, G. Burkard, Nature Physics 3, 192 (2007)]. Будут исследованы уникальные свойства электронов в графеновых квантовых точках, которые открывают возможность к сильному взаимодействию удаленных квантовых точек, что принципиально не достижимо в обычных полупроводниковых структурах и является важным элементом реализации отказоустойчивых (fault-tolerant) квантовых вычислений.

Неравновесные явления в узких сверхпроводящих пленках nbn при поглощении ик фотона

5 апреля 2007 в 11:30

Г.Н. Гольцман (Московский педагогический государственный университет)

Исследуется неравновесное состояние, возникающее в узких полосках из тонких пленок грязных сверхпроводников при поглощении ИК фотона. Обнаружено возникновение резистивности и короткого импульса напряжения, когда полоска поддерживается при температуре существенно ниже критической температуры перехода и несет транспортный ток близкий к критическому. Предложена феноменологическая модель, объясняющая возникновение резистивности образованием «горячего пятна» неравновесных квазичастиц в месте поглощения фотона и последующим вытеснением сверхтока из этой области. На основе обнаруженных неравновесных эффектов были созданы быстродействующие и высокочувствительные однофотонные детекторы ИК диапазона, а также болометры и смесители миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн.

Investigation of larkin-imry-ma effect: random anisotropy of aerogel destroys the long-range orientational order in superfluid 3He-A

22 марта 2007 в 11:30

G.E. Volovik

We discuss recent NMR experiments on superfluid 3He-A confined in aerogel. Silicon strands of aerogel play the role of impurities with quenched random anisotropy. We present experimental evidences of Larkin-Imry-Ma effect: randomly oriented silicon strands destroy the long-range orientational order in 3He-A. The long-range orientational order is restored when a small regular anisotropy is applied either by uniaxial deformation of aerogel or by external superfluid current. There are many open problems which require further experimental and theoretical efforts, such as the role of the topological defects and whether the superfluidity is suppressed by the Larkin-Imry-Ma effect.

Переход металл-изолятор в двумерной сильно-коррелированной электронной системе. Сопоставление экспериментальных данных с двухпараметрической скейлинговой теорией финкельштейна

15 марта 2007 в 11:30

Д.А. Князев, О.Е. Омельяновский, В.М. Пудалов (ФИАН), И.С. Бурмистров, Н.М. Щелкачев (ИТФ)

В докладе будет представлен обзор экспериментальных данных по зависимости сопротивления двумерной электронной системы в Si-MOSFET структурах от температуры (T) и параллельного магнитного поля (B). Параметрами двухпараметрической скейлинговой теории и координатами фазовой RG-диаграммы являются беспорядок и взаимодействие, а текущей переменной - квантовая длина. В то время как непосредственно измеряемое в эксперименте сопротивление является неплохим представлением беспорядка, а длина достаточно надежно связывается с температурой, извлечение из эксперимента параметра взаимодействия γ2 в требуемой области температур представляет трудности. В докладе будут рассмотрены попытки экспериментального определения температурной зависимости параметра взаимодействия γ2 и его сопоставление с RG теорией. В частности, будут представлены недавние результаты по самосогласованному определению γ2(T) из измерений температурной зависимости магнитосопротивления R(T,B) в параллельном магнитном поле вблизи перехода со стороны металлической фазы. Будут приведены результаты анализа экспериментальных зависимостей R(T) в критической области, которые подтверждают двухпараметрический характер скейлинга.

How to measure a fractional statistical phase

22 февраля 2007 в 11:30

Yuval Gefen (Weizmann Institute of Sciences)

One of the pillars of quantum mechanics is the (quantum) statistics of identical particles. In two-dimensions particles (anyons) whose statistics (hence statistical phase) is intermediate between bosons and fermions do exist. I will discuss proposals to measure their statistical phase.

Дальний порядок и жидкость Латтинджера в квазиодномерных проводниках

8 февраля 2007 в 11:30

С.Н. Артеменко (Институт радиотехники и электроники РАН)

Изучается возможность дальнего порядка в системе взаимодействующих электронов с одномерным спектром, но находящихся в 3D пространстве и поэтому взаимодействующих с 3D объектами. Показано, что в случае межэлектронного отталкивания слабое взаимодействие электронов с 3D фононами может стабилизировать дальний порядок волны зарядовой плотности (ВЗП) в полупроводниковых квантовых проволоках (их типичная толщина велика по сравнению с межатомными расстояниями - несколько десятков нанометров), а также в квазиодномерных кристаллах с цепочечной структурой. Состояние с ВЗП в такой системе описывается на основе концепции жидкости Латтинджера, подобно тому, как классическое решение задачи Пайерлса основано на представлениях ферми-жидкости. В случае одиночной металлической цепочки взаимодействия с 3D фононами подложки оказывается недостаточно для стабилизации дальнего порядка и требуется нарушение пространственной инвариантности за счет дефектов или соизмеримости. Рассмотрена также система электронов с притяжением и показано, что в этом случае может быть стабилизирован сверхпроводящий дальний порядок за счет туннельного контакта с 3D металлом.

Точно решаемая модель Томонаги-Латтинжера с нелинейной дисперсией

25 января 2007 в 11:30

А.В. Рожков (Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН)

В работе исследуется модель одномерных взаимодействующих бесспиновых электронов Томонаги-Латтинжера. Показано, что существует унитарный оператор, который преобразует систему Томонаги-Латтинжера в систему слабо взаимодействующих фермионных квазичастиц. Данное каноническое преобразование устраняет из гамильтониана оператор межэлектронного взаимодействия, являющийся маргинальным в смысле теории ренормализационной группы. Оставшиеся операторы взаимодействия между квазичастицами являются нерелевантными. Предложенная техника может быть применена для исследования свойств одномерных фермионов с нелинейной дисперсией, замещая традиционную для одномерных систем бозонизацию, которая испытывает серьезные сложности в тех случаях, когда необходим учет нелинейной дисперсии. Мы продемонстрируем, что при соблюдении некоторого условия, налагаемого на параметры модели, рассмотренное унитарное преобразование отобразит гамильтониан Томонаги-Латтинжера на гамильтониан свободных квазичастиц. В таком случае модель решается точно, что дает возможность вычислить пропагатор плотность-плотность.

Carbon nanotube superconducting quantum interference device

21 декабря 2006 в 11:30

V. Bouchiat (CNRS Grenoble)

Recent progress in improving the contact of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) to superconducting nanoelectrodes showed that such molecules can accommodate a superconducting current and behave as gate-controlled Josephson junctions. Such carbon nanotube (CNT) junctions allow to implement a new type of weak link that can be coupled quantum dots reminiscent to the well studied superconducting single-electron transistor but with the added presence of strong quantum confinement. We report on the study of a superconducting quantum interference device (SQUID) with SWNTs Josephson junctions. Quantum confinement in each junction induces a discrete quantum dot (QD) energy level structure, which can be controlled with two lateral electrostatic gates. In addition, a backgate electrode can vary the transparency of the QD barriers, thus permitting to change the hybridization of the QD states with the superconducting contacts. The gates are also used to directly tune the quantum phase interference of the Cooper pairs circulating in the SQUID ring. Optimal modulation of the switching current with magnetic flux is achieved when both QD junctions are in the “on” or “off” state. In particular, the SQUID design establishes that these CNT Josephson junctions can be used as gate-controlled π-junctions, that is, the sign of the current-phase relation across the CNT junctions can be tuned with a gate voltage. The CNT-SQUIDs provide a new generation of ultra-sensitive magnetometers of nanometer-sized samples, which are very promising to study the magnetisation reversal of an individual magnetic particle or molecule placed on one of the two carbon nanotube Josephson junctions. Such devices offer also the opportunity to test interesting physical phenomena ranging from Kondo physics to π-junctions and pave the way for non-locality experiments by generating pairs of entangled electrons in a nanotube.

Биоинформатика: как заниматься молекулярной биологией, не имея ничего, кроме компьютера и интернета

14 декабря 2006 в 11:30

М.С. Гельфанд (Учебно-научный центр, Институт проблем передачи информации)

Современная молекулярная биология переживает смену эпох. Появление индустриальных методов секвенирования геномов (определения последовательности ДНК), определения уровня экспрессии (интенсивности работы) генов, анализа белок-ДНКовых и белок-белковых взаимодействий и т.п. привело к тому, что объем данных существенно превосходит возможность их осмысления без применения компьютерного анализа. В результате появилась новая область научной деятельности - биоинформатика, которая анализирует и сопоставляет эти данные и делает на этой основе биологически осмысленные утверждения. Я попробую рассказать про некоторые основные приемы, которые используются для анализа геномов, картирования генов и предсказания их функции и регуляции, и показать как они работают в реальной практике. Общий план доклада примерно таков: биологический ликбез с введением основных терминов и понятий задача картирования генов сравнительная геномика и функциональная аннотация генов (случаи из жизни) десерт на выбор: предварительные наблюдения про эволюцию регуляторных систем или поверхностный обзор чужих работ по системной биологии (общие свойства графов, возникающих в различных молекулярно-биологических задачах).

Universal and non-universal tails of free energy distribution function in the random directed polymer problem

7 декабря 2006 в 11:30

I.V. Kolokolov, S.E. Korshunov

A modification of the optimal fluctuation approach is applied to study the tails of the free energy distribution function P_L(F) for an elastic string in random media both in the regions of the universal behavior of P_L(F) and in the regions of large fluctuations, where the behavior of P_L(F) deviates from universal. The difference between the two regimes is shown to consist in whether it is necessary or not to take into account the renormalization of parameters by fluctuations of disorder in the vicinity of the optimal fluctuation.

Электронная структура вихревых кластеров в сверхпроводниках второго рода

30 ноября 2006 в 11:30

А. Мельников (Институт физики микроструктур РАН, Н. Новгород)

Исследована электронная структура вихревых конфигураций в cверхпроводниках второго рода с учетом туннелирования квазичастиц между вихрями. Туннелирование приводит к сильной гибридизации состояний, локализованных на соседних вихрях, когда расстояние между ними a<ac, где критическое расстояние ac порядка нескольких длин когерентности. Для вихревых кластеров, связанных квазичастичным туннелированием, найден сценарий перехода от вырожденного спектра Кароли - де Жена - Матрикона к спектру многоквантовых вихрей. Трансформация спектра приводит к появлению плотности состояний на уровне Ферми, которая осциллирует как функция расстояния a. Обсуждаемые эффекты могут наблюдаться в мезоскопических сверхпроводниках, а также в неупорядоченных вихревых конфигурациях в макроскопических системах. Для случая вихрей в мезоскопических сверхпроводниках изучена также модификация спектра квазичастиц с учетом нормального рассеяния на границах образца. Показано, что рассмотренные эффекты туннелирования квазичастиц между вихрями и рассеяние на границе приводят к существенному увеличению числа квазичастичных мод, распространяющихся вдоль вихревых линий и определяющих, в частности, теплопроводность образца.

Аномальное магнитосопротивление 2D систем, обусловленное немарковскими эффектами

16 ноября 2006 в 11:30

В. Качоровский (ФТИ им. Иоффе, С.-Петербург)

О возможности триплетной сверхпроводимости в NaCoO2 и SrRuO3

19 октября 2006 в 11:30

И.И. Мазин

Нетривиальная динамика в двумерных гамильтоновых системах

28 сентября 2006 в 11:30

П.Г. Гриневич

«Наивная» точка зрения состоит в том, что гамильтоновы системы с двумя степенями свободы тривиальны, поскольку движение происходит по линиям уровня гамильтониана. Однако если сам гамильтониан — квазипериодическая функция, то топология линий уровня, и как следствие, динамика становятся очень сложными. Важный пример — квазиклассическое движение электрона в достаточно сильных магнитных полях при низких температурах, изучавшееся в работах харьковской школы: (Лифшиц, Асбель, Каганов, Песчанский). Топология траекторий была исследована в работах Новикова и его учеников (Зорич, Дынников, Царев, Мальцев и др). Связь с низкотемпературной проводимостью исследована в недавних работах Новикова и Мальцева. Другой пример, достаточно близкий к первому — гамильтоновы потоки на римановых поверхностях с почти всюду плоской метрикой. Если выбрать кривую на поверхности, нигде не касающуюся потоку, то гамильтонова динамика может быть перекодирована в отображение перекладывания отрезка — одну их базисных моделей статфизики. Оказывается, что свойства отображения перекладывания отрезка можно исследовать с помощью теории римановых поверхностей (потоки на пространстве модулей) (Masur, Veech, Зорич, Концевич). В конце будет рассказано о недавнем наблюдении автора и Paolo Maria Santini. Рассмотрим нелинейный осциллятор x″ = − x2n+1. Если следуя F. Calogero ввести комплексное время и рассмотреть движение по окружности в плоскости комплексного времени, то соответствующая динамика чисто периодична для окружностей достаточно малого радиуса, но при увеличении радиуса из-за ветвления решений поведение сильно усложняется. Компьютерные эксперименты указывают на появление хаотических режимов и фракталов на множестве начальных условий.

Крупно-масштабная когерентность бозе-конденсата диполярных экситонов

7 сентября 2006 в 11:30

В.Б. Тимофеев (ИФТТ)

Recent discoveries in quasi one dimentional conductors as an access to physics of solitons

22 июня 2006 в 11:30

Serguei Brazovskii

This talk will firstly review two recent discoveries done by scientists of the IRE RAN (Latyshev, Nad, et al) in collaboration at Grenoble (Monceau et al), Orsay (S.B.) and ITP RAN (Matveenko, S.B.). The first one (F.Ya. Nad et al) is the observation of the Ferroelectric transition coupled with the charge disproportionation in organic conductors. The state gives rise to three types of solitons: pi- solitons (holons) are observed in conductivity and optics; fractionally charged solitons are seen as ferroelectric domain walls via the frequency dispersion of the electric response; topologically coupled combined spin-charge solitons appear below occasional subsequent structural transitions. The second discovery (Yu.I. Latyshev et al) is based on the new techniques of the internal coherent tunneling within nanoscale mesa-junctions, which was applied to compounds with Charge Density Waves. The experiments give a direct access to observations of two types of solitons in dynamics, as well as of their aggregated states in statics. Based on these experimental proves, we shall discuss possible generalizations for the role of microscopic topological objects. We shall construct a scheme of combined topological objects which may work in general types of strongly correlated systems.

Метод молекулярной динамики: вклад в основания и приложения статистической физики и физической кинетики

15 июня 2006 в 11:30

Г. Норман

Особенности микроволновой проводимости кристаллов втсп с разными уровнями допирования

8 июня 2006 в 11:30

М.Р. Трунин (ИФТТ РАН)

Results of recent investigations of the temperature dependences of the surface impedance Z(T) = R(T) + iX(T) and conductivity \sigma(T) in the ab-plane and along c-axis of high-Tc superconductors (HTSC) are discussed. The main attention is focused on the peculiarities of these dependences in single crystals of YBa2Cu3O7-x with the oxygen deficiency varied in the range 0.07 <= x <= 0.47 (92 >= Tc >= 41 K) and of Ba1-xKxBiO3 with different potassium content 0.6 >= x >= 0.35 (5 <= Tc <= 31 K).
An analysis of the resistivity \hat\rho(T) = 1 / \hat\sigma(T) tensor in the normal state indicates that the optimally doped YBa2Cu3O6.93 is a three-dimensional anisotropic metal. As the oxygen content is decreased, the Drude c-axis conductivity changes to the hopping one, the crossover occurring at \rho_c \rho_ab \approx 10-6 (Ohm∙cm)2. In the superconducting state of YBa2Cu3O7-x with x > 0.35 the behavior of the superfluid density n_s(T,x) \propto \sigma''_ab(T,x) can be treated in the framework of d-density wave (DDW) scenario of pseudogap in underdoped HTSC. The observed peculiarities of the imaginary part \sigma''_c(T,x) of the c-axis conductivity at T << Tc are determined by a strong decrease of the interlayer coupling integral with an increase of x.
Measurements of the surface impedance Z(T) in Ba1-xKxBiO3 crystals with Tc = 11 K (x \approx 0.5) and Tc = 30 K (x \approx 0.4) allow one to establish that the former is a BCS-superconductor (Z(T) saturates exponentially with lowering temperature at T << Tc) and the latter is not (Z(T) is linear at T << Tc). In addition, it is found that the temperature dependences of the upper critical field Hc2(T) of the crystals with Tc > 20 K are similar to those in HTSCs, both exhibiting strong positive curvature. On the contrary, Hc2(T) curves of the crystals with Tc < 15 K are in complete agreement with the BCS theory. The transition from BCS-type to HTSC-like superconductivity in Ba1-xKxBiO3 is interpreted within Abrikosov's extended saddle-point model.
The report is based on recent review articles [1,2] of the author and latest experimental results. [1] M.R. Trunin and A.A. Golubov. In-plane microwave response of high-Tc single crystals: Experiment and theory. in 'HTSC Spectroscopy', eds. N.M.Plakida, chapter 3, p.p.159-233 (Taylor and Francis, London and New York, 2003). [2] M.R. Trunin. Conductivity anisotropy and pseudogap in the microwave response of high-Tc superconductors. Physics-Uspekhi 48, 979 (2005).

Возникновение за конечное время особенности у комплексных решений уравнения Навье-Стокса и метод ренорм-группы

1 июня 2006 в 11:30

Я.Г. Синай

В совместной работе с Dong Li мы показываем, что для семейства начальных данных уравнения Навье-Стокса, зависящих от определенного числа параметров, имеется некоторый набор, при котором за конечное время возникает особенность. Число этих параметров определяется спектром линеаризации неподвижной точки соответствующих ренорм-групповых уравнений.

Evolution of the head-tail patterning system in the fly

18 мая 2006 в 11:30

Eric Siggia (Rockefeller University)

A central tenant of the emerging field of evolution and development is that most novelity arises from the redeployment of old genes in new contexts rather than the creation of entirely new genes. This view makes gene regulation an important force in evolution. The seminar will discuss the earliest patterning in the fly embryo and how it differs among related species of flies that diverged ~15-20 million years ago (a distance measured in molecular terms of twice the distance between human and mouse). I will show how campuational methods can predict regulation from genomic sequence and the molecular events that lead to step wise evolution of the genome.

Расчет из 'первых принципов' электронной структуры сильно-коррелированных материалов

11 мая 2006 в 11:30

Владимир Анисимов (Институт физики металлов УрО РАН, Екатеринбург)

Расчеты электронной структуры сильно-коррелированных материалов должны явно учитывать кулоновское взаимодействие между d- и f- электронами. На уровне приближения статического среднего поля это реализовано в методе LDA+U. Этот метод был применен для исследования эффектов зарядового, спинового и орбитального упорядочения в различных соединениях переходных металлов относящихся к классу мотовских изоляторов. В докладе рассматриваются следующие примеры:
Зарядовое упорядочение: Fe3O4;
Спиновое упорядочение: расчет параметров обменных взаимодействий в CaVnO2n+1;
Орбитальное упорядочение: KCuF3, LaMnO3;
Одновременное зарядовое и орбитальное упорядочение: Pr0.5Ca0.5MnO3;
Переходы между низко-спиновым и высоко-спиновым состояниями: Co+3 в LaCoO3;
Полосовая структура в купратах;
Сильно-коррелированные металлы требуют учета динамических эффектов отсутствующих в приближении статического среднего поля и могут исследоваться методом LDA+DMFT основанным на теории Динамического Среднего поля.

Семинар в четверг 20.04 не состоится. Ранее объявленный доклад переносится на неопределенный срок в связи с болезнью докладчика

20 апреля 2006 в 11:30

Спиновая динамика электронов в двумерных системах

30 марта 2006 в 11:30

М.М. Глазов (Физико-ТехническийšИнститут им.šА.Ф. Иоффе РАН, С.-Петербург)

Доклад посвящен спиновой динамике электронов проводимости в объемных полупроводниках и полупроводниковых структурах с квантовыми ямами и проволоками из нецентросимметричных материалов. Основное внимание будет уделено анализу спиновой релаксации электронного газа в механизме Дьяконова-Переля.План доклада: механизмы спиновой релаксации в полупроводниках; прецессионный механизм спиновой релаксации (механизм Дьяконова-Переля); влияние электрон-электронных столкновений на спиновую релаксацию; интеграл столкновений для спиновой матрицы плотности при произвольной степени вырождения электронного газа; роль взаимодействия в случае высокой спиновой поляризации электронов; сопоставление теории и экспериментальных данных; замедление спиновой релаксации магнитным полем; роль флуктуаций константы спин-орбитального взаимодействия; неэкспоненциальная релаксация спина в сильном магнитном поле.

Неабелевы струны и доменные стенки в суперсимметричной теории Янга-Миллса

2 марта 2006 в 11:30

А. Горский (ИТЭФ)

Перестройка одночастичных степеней свободы в сильнокоррелированных Ферми-системах

9 февраля 2006 в 11:30

В.А. Ходель (РНЦ 'Курчатовский институт')

Time-dependent random matrices: quantum interference effects

12 января 2006 в 11:30

M.A. Skvortsov

 It is well established that the energy level statistics in disordered mesoscopic samples is universal and can be described by random matrices of an appropriate symmetry. The random matrix theory studied in great detail provides complete information about the spectral statistics. However, much less is known about time-dependent random matrices, which appear in studying, e.g., a quantum dot subject to a time-dependent gate voltage.
 We review recent progress in time-dependent random matrices. On a semiclassical limit, the energy absorption rate can be calculated with the help of the Kubo formula. Quantum phenomena modify this result. We show that there are two types of interference effects. The first effect is controlled by the velocity of the perturbation and is responsible for the transition between Kubo and Landau-Zener regimes of dissipation. The second effect is operative for time-reentrant perturbations when dynamic localization in the energy space may take place. We demonstrate that these effects can be described on the same footing within the Keldysh sigma-model formalism.

Об упругой струне на случайном рельефе

29 декабря 2005 в 11:30

И.В. Колоколов

Вычисляются асимптотики функции распределения положения конца упругой струны в двумерном случайном потенциале при низких, но конечных температурах.

Низкочастотная спиновая динамика в сильных магнитных полях

8 декабря 2005 в 11:30

А.М. Фарутин, В.И. Марченко (ИФП)

Сверхпроводимость на пороге локализации в пленках TiN

1 декабря 2005 в 11:30

Т.И. Батурина (ИФП СО РАН, Новосибирск)

Представлены экспериментальные результаты по проводимости тонких сверхпроводящих пленок TiN с различной степенью беспорядка. Показано, что анализ результатов для пленок с относительно малым сопротивлением может быть успешно проведен на основе теории квантовых поправок Ларкина-Галицкого. Для более сильно разупорядоченных пленок обнаружено универсальное поведение проводимости в пределе очень сильных магнитных полей и нулевой температуры: насыщение сопротивления на величине равной кванту сопротивления h/e2

Спонтанное параметрическое рассеяние света

17 ноября 2005 в 11:30

А.Н. Пенин (МГУ)

Процесс спонтанного параметрического рассеяния света (СПР), его природа и особенности. История предсказания и наблюдения этого принципиально квантового явления нелинейной оптики. Возможные применения СПР для спектроскопии фононов в кристаллах без центра симметрии (пара- и сегнетоэлектриках). Примеры изучения многочастичных фононных состояний, проявления резонанса Ферми, изменения колебательных спектров при сегнетоэлектрических и концентрационных фазовых переходах. Проблема анализа оптических свойств пространственно-неоднородных кристаллов. Квантовые характеристики бифотонного поля, рождающегося при СПР и их использование для реализации методов абсолютной фотометрии и создания полей с неклассической статистикой.

Quantum phase transitions from topology in momentum space

3 ноября 2005 в 11:30

G. Volovik

Many quantum condensed-matter systems, and, probably, the quantum vacuum of Standard Model, are strongly correlated and strongly interacting fermionic systems, which cannot be treated perturbatively. However, physics which emerges in the low-energy corner does not depend on the complicated details of the system and is relatively simple. It is determined by the nodes in the fermionic spectrum, which are protected by topology in momentum space (in some cases, in combination with the vacuum symmetry). We illustrate this universality on some examples of quantum phase transitions, which can occur between the vacua with the same symmetry but with different topology of nodes in momentum space, such as Lifshitz transition in the case of the Fermi surfaces. The quantum phase transitions between the fully gapped states with the same symmetry but with different momentum-space topology (such as plateau-plateau transition in intrinsic QHE and quantum transition in 1D Ising model) are also discussed.

Метод диффузионного Монте-Карло в системах многих частиц

20 октября 2005 в 11:30

Г.Е. Астрахарчик (Институт спектроскопии РАН и Университет Тренто, Италия)

Femtosecond laser ablation

13 октября 2005 в 11:30

S.I. Anisimov, N.A. Inogamov, V.A. Khokhlov, K. Nishihara, Yu.V. Petrov, V.V. Zhakhovskii

Theoretical, numerical, and experimental description of ultrashort (τl sim 30 - 300 fs) laser pulse action on metals and semiconductors is discussed. Duration of laser pulse τl is so short that during the pulse only electron subsystem absorbs laser energy. This separates physics of femtosecond pulses from cases with longer durations (several ps and more) when electron and ion subsystems are in mutual thermal equilibrium. Variation of matter reply to laser action is described in continuous wide interval of absorbed energy.

The primordial perturbation spectrum

29 сентября 2005 в 11:30

A.A. Starobinsky

Primordial scalar (adiabatic) perturbations and tensor ones (gravitational waves) are the main observable quantities which remained from very early stages of evolution of our Universe. Observational data show that the Fourier power spectrum of density perturbations is very close to the flat (i.e., the Harrison-Zeldovich) one and their statistics is Gaussian, in agreement with predictions of the simplest versions of the inflationary scenario of the early Universe. However, some small deviations from the flat spectrum and the Gaussian statistics are expected generically. I review recent theoretical and observational results on the primordial perturbation spectrum including a new general expression for the spectrum of adiabatic perturbations unifying different ways of their generation both during and after inflation, as well as two exact solution for inflaton field potentials producing a) the exactly flat adiabatic spectrum, b) the constant ratio of tensor/scalar perturbation power spectra.

Wave turbulence theory (WTT) for discrete systems

22 сентября 2005 в 11:30

Elena Kartashova

Classical WTT allows to approximate original nonlinear evolution equations by corresponding kinetic equations which are easier to study, to model numerically, to compute Kolmogorov's spectra for them, etc. It is well known that kinetic equations do not work in large scale wave systems (so-called finite-size effects in resonators), i.e. in systems with discrete spectra. We are going to present self-consistent theory of wave turbulence for these systems and illustrate it with examples for waves in water, ocean, atmosphere, plasma. Mathematical part of this theory is based on the general results and methods of number theory which are used to construct reductions of the original evolution nonlinear PDE to a few small systems of ODEs describing resonances of the wave system.

1/f noise and two-level systems in Josephson qubits

15 сентября 2005 в 11:30

A. Shnirman

Новый малый параметр и степенной ряд для 3-мерной системы Навье-Стокса во всем пространстве

16 июня 2005 в 11:30

Я.Г. Синай

We consider the Fourier transform of the usual Navier-Stokes system on R3. Surprisingly enough, some simplification arises if one allows solutions with infinite energy and enstrophy. A new small parameter for such solutions can be introduces and a power series in powers of this parameter can be written. The solution can be represented as a sum of new diagrams which can be effectively estimated.

Blow-up in the nonlinear wave equation

9 июня 2005 в 11:30

Yu.N. Ovchinnikov

Сверхпроводимость вблизи перехода андерсона и локализованные пары

2 июня 2005 в 11:30

М.В. Фейгельман

Будет представлен обзор основных экспериментальных фактов по низкотемпературному поведению сильно неупорядоченных соединений (InO, TiN, сверхтонкие металлические пленки) вблизи перехода сверхпроводник-диэлектрик и изложена полуфеноменологическая теория электронного спаривания на локализованных состояниях (по результатам, представленным в препринте M.Feigel'man, L.Ioffe, E.Yuzbashyan, cond-mat/0504766).

Analytical realization of finite-size scaling for Anderson localization: is there transition in the 2D case?

19 мая 2005 в 11:30

I.M. Suslov (P.L. Kapitza Institute for Physical Problems)

Roughly half of numerical investigations of the Anderson transition are based on consideration of an associated quasi-1D system and postulation of one-parameter scaling for the minimal Lyapunov exponent. If this algorithm is taken seriously, it leads to unumbiguous prediction of the 2D phase transition. The transition is of the Kosterlitz-Thouless type and occurs between exponential and power law localization (Pichard and Sarma, 1981). This conclusion does not contradict numerical results if the raw data are considered. As for interpretation of these data in terms of one-parameter scaling, such interpretation is inadmissible: the minimal Lyapunov exponent does not obey any scaling. A scaling relation is valid not for minimal, but for some effective Lyapunov exponent, whose dependence on parameters is determined by scaling itself. If finite-size scaling is based on the effective Lyapunov exponent, existence of the 2D transition becomes not definite, but still rather probable. Interpretation of the results in terms of the Gell-Mann - Low equation is also given.

Soliton creation in quantum field theory: induced tunnelling in particle collisions

28 апреля 2005 в 11:30

D. Levkov, S. Sibiryakov (Nuclear Research Institute, Moscow State Univ)

We consider tunneling transitions between states separated by an energy barrier in a simple field theoretical model. We analyse the case of boundary soliton creation induced by collisions of a few highly energetic particles. We present semiclassical, but otherwise first principle, study of this process at all energies of colliding particles. We find that in the leading semiclassical approximation the probability of this process remains constant at high energies, and calculate the value of this constant.

Металлическая" проводимость, "переход" металл-диэлектрик в 2D электронной жидкости и сопутствующие явления

7 апреля 2005 в 11:30

В. Пудалов (ФИАН)

Язык дробных производных для задач стохастического транспорта

24 марта 2005 в 11:30

К.В. Чукбар (РНЦ "Курчатовский институт")

Рассматриваются математические и физические аспекты декларируемого языка: способы введения дробных производных, основные особенности возникающих уравнений ("забывание" информации, "неизбавляемость" от дробных операторов за счет их кратного применения, связь с выходом за центральную предельную теорему). Приводятся конкретные примеры физических задач, в которых с неизбежностью возникают дробные производные: модели "полетов Леви" и "ловушек" (лучистый перенос в корональной плазме), снос турбулентными течениями, транспорт по фракталам, эффекты геометрии (малоразмерные системы). Обсуждается связь пространственной и/или временной нелокальностей с сильной неравновесностью систем, влияние на поведение дополнительных факторов (конечной скорости движения частиц, специфических начальных условий).

Charge transfer between a superconductor and a hopping insulator

3 марта 2005 в 11:30

V.I. Kozub, A.A. Zuzin, Y.M. Galperin, V. Vinokur

A theory of the low-temperature charge transfer between a superconductor and a hopping insulator is analyzed, and the corresponding interface resistance is calculated. This resistance is dominated by proposed electron-hole processes similar to Andreev reflection, but involving localized states in the insulator. The possibility of a new type of qubit where one of the quantum states is split between two spatially separated centers is discussed.

Anyons and haldane statistics: a dimensional reduction

24 февраля 2005 в 11:30

S. Ouvry (Orsay University)

An introduction to anyon statistics (particles in two dimensions beying nor Bose neither Fermi statistics) and to Haldane statistics (Hilbert space counting arguments) is made. The equation of state is given for a gas of anyons in the lowest Landau level of a strong magnetic field (Quantum Hall situation). By regularizing the system at long distance with an harmonic well, a link is established with the 1d Calogero-Moser model (Calogero in an harmonic well) and Haldane statistics. Recent tentatives to map the anyon model on a sphere to the Calogero-Sutherland model (Calogero on a circle) are finally discussed.

Механизмы самоорганизации в нелинейных открытых системах

3 февраля 2005 в 11:30

Андрей Полежаев (ФИАН)

Первая часть сообщения носит обзорный характер. Будут приведены примеры систем, демонстрирующих пространственно-временную самоорганизацию, т.е. спонтанный переход в более упорядоченное состояние. Будут сформулированы общие принципы построения и исследования соответствующих моделей, перечислены типы описываемых ими структур. Во второй части будет рассказано о некоторых моделях конкретных систем: электро-химические структуры на поверхности клетки, структуры, формируемые колониями бактерий, структуры Лизеганга.

Динамика отдельных полимеров в потоках с сильной сдвиговой компонентой

27 января 2005 в 11:30

К.С. Турицын

Рассматривается внутренняя динамика отдельных полимерных молекул, находящихся в сдвиговом потоке с небольшой хаотической компонентой. Такая молекула будет испытывать случайное апериодическое переворачивание из-за случайных сил. Изучаются как статистические свойства ориентации полимера, так и распределение его растяжения. Проводится сравнение теоретических предсказаний с экспериментальными результатами.

Critical and low-temperature magnetic properties of itinerant cubic compounds with Dzialoshinskii-Moriya interaction (MnSi ets.)

13 января 2005 в 11:30

S. Maleyev (St. Peterburg)

Спин-щелевые магнетики с дефектами

23 декабря 2004 в 11:30

А.И. Смирнов (ИФП им. П.Л. Капицы)

Будут рассмотрены диэлектрические кристаллы с антиферромагнитным взаимодействием магнитных ионов и отсутствием магнитного упорядочения. Основное внимание планируется уделить следующим вопросам: Эксперименты, демонстрирующие нетривиальное влияние дефектов на спин-щелевые системы, в частности, наведение магнитного порядка немагнитными примесями в спин-пайерлсовском, халдейновском и димерном магнетиках, перколяционный характер такого упорядочения. Наведение антиферромагнитного порядка сильным магнитным полем, "закрывающим" щель в спектре магнитных возбуждений. Исследование спиновых возбуждений методом магнитного резонанса. Эксперименты по исследованию спектра и спиновой структуры геометрически фрустрированных магнетиков.

Квантование горизонта черной дыры, принцип соответствия и голографический предел

16 декабря 2004 в 11:30

И.Б. Хриплович (Институт ядерной физики СО РАН, Новосибирск)

Field theory for the global density of states distribution function in disordered conductors

9 декабря 2004 в 11:30

V.I. Yudson (Institut spektroskopii RAN, Troitsk)

A field-theoretical representation is suggested for distribution functions of global quantities (like conductance and electron global density of states) in extended disordered conductors. This opens a way to study the complete statistics of fluctuations. The approach is based on a functional integration over bi-local functions \Psi(r1, r2) instead of the integration over local functions in the usual functional representation for moments of physical quantities. The formalism allows one to perform the disorder averaging and to derive an analog of the usual nonlinear sigma-model - a "slow" functional of a supermatrix field Q(r; r1,r2) \sim \Psi(r, r1)\bar{\Psi}(r2, r). As an application of the formalism, the long-tail asymptotics of the global density of states distribution function P(\nu) is derived.

Formation of giant black holes in the center of galaxies

25 ноября 2004 в 11:30

A.V. Gurevich, K.P. Zybin

Nonlinear dynamics and formation of cold dark matter structures

18 ноября 2004 в 11:30

A.V. Gurevich, K.P. Zybin (FIAN)

Sound propagation in rouse polymer melts via generalized dynamic random phase approximation

11 ноября 2004 в 11:30

Igor Erukhimovich (Moscow State University)

An extended generalization of the dynamic random phase approximation (DRPA) for L-component polymer systems is presented. Unlike the original version of the DRPA, which relates the (L x L) matrices of the collective density-density time correlation functions and the corresponding susceptibilities of concentrated polymer systems to those of the tracer macromolecules and so-called broken-links system (BLS), our generalized DRPA solves this problem for the (5 x L)x(5 x L) matrices of the coupled susceptibilities and time correlation functions of the component number, kinetic energy and flux densities. The presented technique is used to study propagation of sound and dynamic form-factor in disentangled (Rouse) monodisperse homopolymer melt. The calculated ultrasonic velocity and absorption coefficient reveal substantial frequency dispersion. The relaxation time T is proportional to the degree of polymerization N, which is N times less than the time of relaxation of a single chain, which evidences strong dynamic screening due to interchain interaction. We discuss also some peculiarities of the Brillouin scattering in polymer and copolymer melts.

Field theory description of the polymer-induced many-body interaction and aggregation instability in colloid solutions

11 ноября 2004 в 11:30

Igor Erukhimovich (Moscow State University)

Starting from microscopic consideration we present a field theory descriptions of the polymer-colloid systems - the composite systems formed by both long polymer chains and relatively small (but large as compared to the monomers) particles. The peculiarity of such systems is that the ultraviolet divergencies in the corresponding field theory describe the polymer-colloid interactions and could be rigorously calculated. The infrared divergencies allow for the critical behavior of the system as the whole and in the present talk we take them into account within the mean-field approximation. The equation of state, phase diagram and the polymer-polymer and colloid-colloid correlation functions are calculated.

Квантово-когерентные джозефсоновские системы

28 октября 2004 в 11:30

Ю. Махлин

Мы опишем недавние исследования квантово-когерентных систем ("кубитов") в экспериментах с джозефсоновскими контактами. В частности, будет рассмотрено значительное увеличение времени потери когерентности и связанное с этим появление возможностей для детального изучения природы флуктуаций и их влияния на когерентность. Также будут рассмотрены способы проведения измерения квантового состояния таких систем и количественные характеристики процесса измерения.

Negolonomnyi kontrol' i zaschita kogerentnosti slozhnykh kvantovykh sistem

7 октября 2004 в 11:30

V. Akulin (Orsay University)

Single-shot readout of and energy relaxation in Josephson chage qubit

7 октября 2004 в 11:30

Yu. Pashkin (NEC Research & Lebedev Institute)

Микроволновая спектроскопия композитных фермионов и коллективные электронные возбуждения в дробном Холле

30 сентября 2004 в 11:30

И.В. Кукушкин (ИФТТ)

Ориентация спинов электрическим током в гетероструктурах: теория и эксперимент

16 сентября 2004 в 11:30

Л.Е. Голуб (Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, Петербург)

Неравновесный Ферми-газ как проблема Римана-Гильберта

9 сентября 2004 в 11:30

Б. Музыкантский (University of Warwick, UK)

Monte-Carlo study of some orientational transitions in 2D

17 июня 2004 в 11:30

Bertrand Berche (Universite Henri Poincare, Nancy, France)

In the numerical study of nematic-isotropic transition of liquid crystals, one usually considers lattice models with n-component spins interacting within nearest neighbours through Lengendre polynomials. In 2D,it is interesting to compare the phase transitions exhibited by such models with the special cases of XY and Heisenberg models. We present the results of Monte Carlo simulations analysed using Finite-Size scaling or conformal mapping. The results are not fully conclusive, but seem to confirm the possible occurrence of a first-order transition for a P4 interaction.

The quantum Hall effect: an experimental realization of the instanton vacuum

17 июня 2004 в 11:30

A. Pruisken (University of Amsterdam, The Netherlands)

No annotation present.

Heisenberg constraints on mesoscopic and molecular amplifiers

10 июня 2004 в 11:30

U. Gavish (LKB, Ecole Normale Superieure, Paris)

The Heisenberg principle puts constraints on the performances of linear amplifiers. We derive these constraints for the case of molecular or mesoscopic amplifiers with a narrow-band input. We then explain what physical processes create the noise which is necessarily added to the signal in order to satisfy these constraints. Finally we specify ways to minimize this noise.

Some aspects of practical quantum cryptography

3 июня 2004 в 11:30

S.N. Molotkov (ISSP)

Nanoscale inhomogeneities and spectroscopies on BSCCO-2212

27 мая 2004 в 11:30

Peter Hirschfeld (University of Florida)

In almost all high-temperature superconducting cuprate materials, doping naturally introduces disorder. Recent STM experiments have provided us with a remarkable window on the real space electronic structures which reflect this disorder, and found localized atomic scale resonances, nanoscale gap inhomogeneity, and long-range spatial modulations with well-defined wave vectors. I discuss to what extent these results can be understood in terms of BCS d-wave quasiparticle states interfering in the presence of many potential scatterers, and present both analytical results as well as numerical solutions of the Bogoliubov-de Gennes equations on 120x120 lattices. I further propose a ``realistic" model for the disorder, involving in-plane unitary scatterers and a smooth weak disorder component, which seems to work well for BSCCO-2212 but should be quite nonuniversal. Remaining discrepancies may point to novel physics such as correlation-induced magnetic moments, or coexistence with anomalous subdominant order. Implications for transport properties and angle-resolved photoemission using this model are also discussed.

Determining properties of dark energy in the Universe

20 мая 2004 в 11:30

A.A. Starobinsky

Recent numerous observational data obtained from such independent sources as angular anisotropies of the cosmic microwave background radiation, large-scale gravitational clustering of galaxies and their clusters and observations of supernovae explosions at high redshifts prove convincingly that about 70% of the total energy density of matter in the present Universe is due to a new kind of matter in the Universe ("dark energy") which is non-baryonic, has negative pressure which modulus is very close to dark energy density (if the Einsteinian form of gravity field equations is assumed) and remains unclustered at all scales where the clustering of baryons and dust-like cold dark matter is seen. I discuss different forms of phenomenological description of dark energy properties, present limits on variation of dark energy density with redshift which follow from the most recent supernovae data and make a brief review of different theoretical models of dark energy including those in which it has a purely geometrical origin. The simplest possibility of dark energy being a cosmological constant and nothing more still remains a good fit to all existing observational data. However, more complicated behaviour including breaking of the weak energy condition for dark energy for redshifts z < 0.5 combined with some increase of its energy density with redshift for larger z is possible, too.

Critical currents and current-phase relation of SFS Josephson junctions

13 мая 2004 в 11:30

V.V. Ryazanov (ISSP)

We have investigated experimentally the pi-state of Josephson SFS (superconductor-ferromagnet-superconductor) junctions. The origin of the pi-state is an oscillating and sign-reversal superconducting order parameter induced in the ferromagnet close to the SF-interface. Transition to the pi-state occurs for ferromagnetic interlayer thickness close to a half-period of the order parameter spatial oscillations. We have also observed back transition to conventional "0-state" at the F-layer thickness about of the period of the oscillations. Weak ferromagnetism of the F-layer (Cu/Ni alloy) allows us to fabricate thin-film Josephson SFS sandwiches with continuous homogeneous interlayers whose thickness (10-30 nm) is comparable with the pair-decay length in the ferromagnet and to observe a temperature 0-pi-transitions. We present also measurements of the current-phase relation (CPR) of SFS Josephson junctions as a function of temperature. The CPR is determined by incorporating the junction in a superconducting loop coupled to a dc SQUID, allowing measurement of the junction phase difference.

Quantum percolation in granular metals

22 апреля 2004 в 11:30

M.V. Feigel’man, A.S. Ioselevich, M.A. Skvortsov

Theory of quantum corrections to conductivity of granular metal films is developed for the realistic case of large randomly distributed tunnel conductances. Quantum fluctuations of intergrain voltages suppress mean conductance much stronger than its variance. At sufficiently low energies any distribution becomes broad, leading to strong local fluctuations of tunneling density of states. Percolative nature of metal-insulator transition is established by combination of analytic and numerical analysis of matrix renormalization group equations.

Andreev states near surfaces and in thin films of high-temperature superconductors

15 апреля 2004 в 11:30

Yu.S. Barash (ISSP)

Investigations of Andreev bound states in high-temperature superconductors will be shortly described in the Introduction. In the second and the third parts of the talk, new results of two papers will be represented. Effects of impurities, situated on (110) surface of d-wave superconductor, will be considered regarding the low-bias conductance of tunnel NIS junctions. Impurity-induced quasiparticle bound states on a pair-breaking surface of a d-wave superconductor are theoretically described, taking into account hybridization of impurity- and surface-induced Andreev states. Further, a theory for effects of surface disorder (of thin impurity surface layer) on the low-bias conductance of tunnel junctions is developed. In the third part of the talk we present analytical and numerical results for the electronic spectra of thin films (quantum wires) of a d-wave superconductor on a square lattice. The spectra of Andreev and other quasiparticle states, as well as the spatial and particle-hole structures of their wave functions, depend on interference effects caused by the presence of the surfaces and are qualitatively different for half-filled wires with even or odd number of chains. Effects of deviations from half-filling and results of the self-consistent calculations are also presented.

Puzzles of ultra-high -- energy cosmic rays (UHECRS)

1 апреля 2004 в 11:30

Dmitry Gorbunov (INR RAS)

Traveling in intergalactic medium protons of E>5*1019 eV start to lose energy rapidly due to pion production on cosmic microwave background (CMB) photons. Thus at higher energies only protons from local sources can reach the Earth. At lower energies protons cover a very large distance almost without attenuation. Based on this simple considerations the cut off in UHECRs spectrum has been predicted, that conflicts with experimental data. Although the statistic of anomalous events is low, one can try to provide an explanation for the observed behavior of the UHECR spectra. All attempts within the Standard Model of particle physics are failed. Therefore, possibly, UHECRs provide one of the few direct experimental evidences for the physics beyond the Standard Model. We are about to review the current status of the problems related to the absence of the cut off in UHECRs spectrum.

Coherent phenomena in multiply connected sns systems

25 марта 2004 в 11:30

T.I. Baturina (Insitut fiziki poluprovodnikov, Novosibirsk)

Mesoscopic systems, consisting of a normal metal (N) or heavily doped semiconductor being in contact with a superconductor (S), have lately received much attention mainly because of a big variety of associated quantum effects. The key mechanism governing the carrier transport through the NS contact is the Andreev reflection. When a normal metal is placed between two superconducting electrodes another mechanism is involved in the charge transfer. It is the multiple Andreev reflection process (MAR). These phenomena result in nonlinear current-voltage characteristics, which exhibit an anomalous resistance dip at zero bias, the subharmonic energy gap structure, etc. Although at present the properties of single SNS junctions are well studied both theoretically and experimentally, the effect of the Andreev reflection and MAR process on the properties of a system consisting of a large number of normal metal regions connected by superconducting islands is practically not investigated. I will present the results of low-temperature transport measurements on two-dimensional arrays, on chains of SNS junctions and on single SNS junctions fabricated on the basis of superconducting PtSi film and perform a comparative analysis of their properties. Some unexpected coherence effects are found in multiply connected SNS systems, namely: (i) the gradual decrease of the effective suppression voltage for the excess conductivity observed at zero bias as the quantity of the SNS junctions increases, (ii) the strengthening of subharmonic energy gap structure in two-dimensional arrays of SNS junctions, (iii) a rich fine structure in the dV/dI-V dependences at dc bias voltages higher than the superconducting gap and corresponding to some multiples of 2Δ/e in chains of SNS junctions. All these results show that coherent phenomena governed by the Andreev reflection are not only maintained over the macroscopic scale but manifest novel pronounced effects as well.
I will discuss some possible approaches to explain the observed phenomena.

Relativistic doppler effect: universal spectra and zeptosecond pulses

18 марта 2004 в 11:30

A. Pukhov, S. Gordienko

For the first time we report on a numerical observation of the train of zeptosecond pulses produced by reflection of a relativistically intense femtosecond laser pulse from the oscillating boundary of an overdense plasma because of the Doppler effect. These pulses promise to become a unique experimental and technological tool since their length is of order of the Bohr radius and the intensity is extremely high ~1019 W/cm2. We present the physical mechanism, analytical theory, and direct particle-in-cell simulations. We show that the harmonic spectrum is universal: the intensity of the n-th harmonic scales as 1/n3 for n < 4γ2, where γ is the largest γ-factor of the electron fluid boundary. The subattosecond pulses originate from this universal spectrum.

Border ledge fluctuations of crystal facets

4 марта 2004 в 11:30

Michael Praehofer

Crystals in equilibrium consist of facets connected by rounded surfaces. On atomic scale the facet is surrounded by step lines or ledges whose density vanishes. There fluctuations are entropically reduced with respect to a single meandering ledge. We develop a scaling theory for the fluctuations and connect the statistics of the last ledge to the eigenvalue statistics of random matrices.

Semiclassical statistics of noise in mesoscopic systems

26 февраля 2004 в 11:30

K. Nagaev

A brief overview of the traditional Full Counting Statistics in mesoscopic systems will be given and principles of recently proposed semiclassical statistics of noise will be formulated. Special emphasis will be put on the frequency dependence of higher cumulants of noise.

Cluster model of local structure and bond orientational order in Lennard-Jones liquid

19 февраля 2004 в 11:30

V.N. Ryzhov (HPPI)

While the experimental and phenomenological knowledge of non-ergodic amorphous phases has been considerably improved in the last time, progress in the first-principle statistical mechanical studies of physical properties of supercooled liquids and glasses is much more slow. In this talk we discuss the microscopic approach to the study of the local structure and possible phase transitions in supercooled liquids based on the generalization of the density functional theory in classical statistical mechanics. A concept of the bond orientational order in simple liquids in two and three dimensions is reviewed, and the model of interacting cubic and icosahedral clusters in the Lennard-Jones liquid is proposed. In the framework of the model the analog of spin glass quenched disorder appears in a natural way in the Lennard-Jones system. The model is solved in the mean-field replica symmetric approximation. It is shown that the bond orientational order grows smoothly upon cooling, the symmetry of the ordered state being mainly cubic. The temperature of the possible glass transition is identified with the temperature at which the replica symmetry is broken.

Ordered states and phase transitions in two-dimensional frustrated XY-models

12 февраля 2004 в 11:30

S.E. Korshunov

1. Frustrated XY-models and their application.
2. Coulomb gas representation.
3. Ordered states and phase transitions at small frustration (f<<1).
4. The fully frustrated model (f=1/2)
with square or triangular lattice:
a) fractional vortices;
b) kink pairs unbinding on a domain wall and its consequences
for the sequence of phase transitions in the "bulk";
c) addition of further neighbors.
5. Ordered states in the vicinity of f=1/2.
6. Zero-energy domain walls. Removal of accidental degeneracy
by fluctuations (a few examples).

Mean-field replica approach for liquid-glass phase transition

5 февраля 2004 в 11:30

V. Dotsenko

In this talk we discuss recently developed statistical mechanical ideas for structural glasses. In particular we focus onto the first principle and mean-field computations for simple models of glasses with the two-body interparticle potentials. It is argued that on a qualitative level the equilibrium thermodynamics of the low-temperature glassy phase, as well as the liquid-glass phase transitions, can be described using the methods developed in the replica theory of spin-glasses and others disordered systems.

Bubble motion in inclined pipes

22 января 2004 в 11:30

A.Yu. Dem’yanov, N.A. Inogamov, A.M. Oparin

We analyze strongly nonlinear fluid motion with free surface in vertical, inclined, and horizontal pipes. The problem concerning rise of buoyant bubbles in vertical pipes is closely connected to the problem of Rayleigh-Taylor instability (instability of hydrostatic equilibrium when heavy fluid is imposed above light one). Inclined pipes are intensively investigated in connection with problems of transportation of gas-liquid or liquid-liquid flows. We develop a new approach to the problem of motion of large bubbles in wide pipes (large and wide mean that capillary scale is small). As against the previous approaches based on semiempirical methods, in the given work the analytical methods concerning the theory of potential are used. We do careful comparison of obtained solutions for two and three-dimensional spaces. It is shown that not always increase of dimension leads to an increase in velocity of rise of bubbles (as it is usually supposed). For the first time direct numerical simulations (DNS) are applied for studies of flows with free boundary in inclined pipes. We also use them in our work. They allow us, first, to check up accuracy of our analytical models and, second, to obtain the general picture of motion.

Weak crystallization in polymer systems

8 января 2004 в 11:30

Igor Erukhimovich (Condensed matter theory group, Institute of Physics, Johannes-Gutenberg-University of Mainz, Germany and A.N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds RAS, Moscow, Russia)

In this talk we review the current state of the theoretical and experimental results on polymer systems capable to undergo weak crystallization phase transition and present some of our new results in this field. The following issues will be addressed: 1. What are the block copolymers, polyelectrolytes, random and randomly correlated copolymers and why are they expected to undergo weak crystallization. 2. The basic idea of the Leibler microscopic theory of weak crystallization in block copolymers: relationship between the vertices of the phenomenological weak crystallization Hamiltonian and the structural correlators of the ideal macromolecules. 3. The phenomenological and microscopic theories of the conventional (body-centered cubic, hexagonal and lamellar) and non-conventional (gyroid, bcc2, face-centered cubic, simple cubic etc.) phases in block copolymers. 4. The SAXS data and other experimental methods to locate the phase diagrams of the weak crystallized polymer systems. Fluctuation (Brazovskii-Fredrickson-Helfand) effects and their experimental confirmation. 5. Non-centrosymmetric lamellar phase in block copolymer blends: experiment. 6. Phenomenological theory of non-centrosymmetric lamellar phase in the degenerate many-component weak crystallized systems.

Classical and quantum regimes of the superfluid turbulence

25 декабря 2003 в 11:30

G.E. Volovik

We discuss the turbulence of quantized vortex lines in connection with recent experiments in superfluid 3He [1]. This turbulence is governed by two dimensionless parameters. One of them is the intrinsic parameter q which characterizes the friction forces acting on a vortex moving with respect to the heat bath, with 1/q playing the same role as the Reynolds number Re = UR/ ν in classical hydrodynamics. It marks the transition between the "laminar" and "turbulent" regimes of vortex dynamics as suggested by recent experiments in Helsinki. The developed turbulence described by Kolmogorov cascade occurs when Re ›› 1 in classical hydrodynamics, and it must occur at q ‹‹ 1 in the superfluid hydrodynamics. Another parameter of the superfluid turbulence is the superfluid Reynolds number Res = UR/κ, which contains the circulation quantum κ characterizing quantized vorticity in superfluids. This parameter may regulate the crossover or transition between two classes of superfluid turbulence: (i) the classical regime of Kolmogorov cascade where vortices are locally polarized forming fat vortex tubes, so that the quantization is not important; (ii) the quantum turbulence whose properties are determined by the quantization of vorticity. The phase diagram of the dynamical vortex states is suggested [2]. [1] A.P. Finne, T. Araki, R. Blaauwgeers, V.B. Eltsov, N.B. Kopnin, M. Krusius, L. Skrbek, M. Tsubota, and G.E. Volovik, "An intrinsic velocity-independent criterion for superfluid turbulence", Nature 424, 1022-1025 (2003). [2] G.E. Volovik, "Classical and quantum regimes of the superfluid turbulence", Pis'ma ZhETF 78, 1021-1025 (2003).

Instanton-like baryon number violation in high-energy electroweak collisions

18 декабря 2003 в 11:30

F. Bezrukov, D. Levkov, V. Rubakov (INR, Moscow), C. Rebbi (U. Boston), P. Tinyakov (EPFL, Lausanne and INR, Moscow)

We make use of a semiclassical method for calculating the suppression exponent for topology changing transitions in high-energy collisions. In the Standard Model these processes are accompanied by violation of baryon and lepton number. By using a suitable computational technique we obtain results for s-wave scattering in a large region of initial data. Our results show that baryon and lepton number violation remains exponentially suppressed up to very high energies of at least 30 sphaleron masses (250 TeV). We also conclude that the known analytic approaches inferred from low energy expansion provide reasonably good approximations up to the sphaleron energy (8 TeV) only.

Duality in (2+1)D quantum elasticity: superconductivity and quantum nematic order

4 декабря 2003 в 11:30

J. Zaanen, Z. Nussinov, and S.I. Mukhin

Superfluidity and superconductivity are traditionally understood in terms of an adiabatic continuation from the Bose-gas limit. We do not use this approach. Taking the theory of quantum elasticity (describing phonons) in a 2+1 D Bose system as a literal quantum field theory, we show that superfluidity and superconductivity (in the EM charged case) emerge automatically when the shear rigidity of the elastic state is destroyed by the proliferation of topological defects (quantum dislocations). We consider the nematic states, corresponding with condensates of dislocations, with Burgers vectors as topological charges, under condition that disclinations remain massive. Due to glide principle for dislocations in 2+1 D the compression rigidity decouples from the dislocation condensate and stays massless. The shear rigidity does not decouple, and as a result the shear modes acquire a Higgs mass in the dual (dislocation) condensate. Hence, the fluids are characterized by an isolated massless compression mode and are therefore superfluids (Landau criterium reconfirmed!). We also consider different ordered/disordered states of Burgers vectors calling them "Coulomb nematic" and "quantum smectic" of a novel kind. Finally, we find that the Higgs mass of the shear gauge fields, becoming finite in the nematic quantum fluids, automatically causes a Higgs mass in the electromagnetic sector by a novel mechanism. Hence, a new hydrodynamical way of understanding the conventional electromagnetic Meissner state (superconducting state) is proposed.

Specific features of the insulator formed under the superconductor-insulator transition

20 ноября 2003 в 11:30

V.F. Gantmakher (Institute of Solid State Physics)

Various experimental observations of the magnetic-field-induced superconductor-insulator transition are described and compared with different theoretical models: one based on boson-vortex duality (Girvin, M.P.A. Fisher, et al.), next exploring the properties of granular superconductors (Beloborodov and Efetov) and the third analyzing effect of the superconducting fluctuations in the magnetic field at low temperature (Galitski and Larkin). All the models point to the existence of pairwise electron correlations at the Fermi-level of the insulator (so-called localized pairs) which should vanish in high magnetic fields. The localized pairs apparently come from the parity effect in ultra small quasigrains - local minima of the random potential which can admit only small limited number of electrons.

A short introduction to conformal field theory and its integrable perturbations, part II

13 ноября 2003 в 11:30

A.A. Belavin

No annnotation presented.

Superfluid and crystal phases in bilayer system

6 ноября 2003 в 11:30

E. YuriiLozovik (Institute of Spectroscopy, Troitsk)

Bilayer electron-hole and electron-electron systems are considered. Phase diagram, transport, drag effect, optical properties and Josephson phenomena will be reviewed. Liquid excitonic phase will be analyzed. Light backscattering in excitonic condensate will be reported. The electron-hole system in strong magnetic field will be considered.
Pairing in composite fermion bilayer is analyzed. The problem of BCS instability of compressible unpaired quantum Hall bilayer state at nu = 2 x 1/(2m) total filling fraction in large interlayer separation, d, limit is discussed. Microscopic analysis is carried out within the framework of composite fermion formalism. Gauge field fluctuations both diagonal and off-diagonal on layer indexes is taken into account. The first defines singular renormalization in one layer and leads to marginality of composite fermion liquid; the nondiagonal contribution defines interlayer interaction. Interlayer composite fermion attraction governed by antisymmetric density fluctuations is taken into account. The role of marginality on BCS pairing is analyzed. The quantum phase transition governed by interlayer separation is discussed.

Vortex phase diagram in clean and disordered layered superconductors

30 октября 2003 в 11:30

Kees van der Beek (Ecole Polytechnique, France), S. Colson, M. Konczykowski, Y. Matsuda, M. Gaifullin, P. Gierlowski, I. Abalosheva, M. Li, P. Kes

The (B,T) phase diagram in layered superconductors in a magnetic field can be characterized by two transitions of the vortex lattice: a first order phase transition, commonly called vortex lattice melting, from a "vortex solid" to a "vortex liquid" without long range phase coherence, and a "depinning" transition above which no critical current can be measured. The two transitions follow quite different B(T) dependences, and can be studied independently by tuning material parameters, strength of disorder, or magnetic field. In the layered superconductor Bi2Sr2CaCu2O8, vortex fluctuations leading to either transition can be studied using the Josephson Plasma Resonance. In the first part of the talk, I shall present measurements in the "vortex solid" phase, at fields close to the first order transition field. The results show the predominant role of the vortex line tension, and the near-irrelevance of the vortex lattice shear modulus. This result is underscored by the observation of the first order transition in Bi2Sr2CaCu2O8 containing strong columnar pins. Finally, I shall present results obtained at higher fields, near the "depinning" or "delocalisation" transition. The results are put into perspective by a conjecture about the nature of the two transitions in magnetic field.

Magnetization reversal and two level fluctuations by spin-injection in a ferromagnetic metallic layer

30 октября 2003 в 11:30

Jean-Eric Wegrowe (Ecole Polytechnique, France)

Slow magnetic relaxation and two level fluctuations measurements under high current injection is performed in single-contacted ferromagnetic nanostructures. The magnetic configurations of the samples are described by two metastable states of the uniform magnetization. The current-dependent effective energy barrier due to spin-transfer from the current to the magnetic layer is measured. The comparison between the results obtained with Ni nanowires of 6 μm length and 60 nm diameter, and Co (10 nm) / Cu (10 nm) / Co (30 nm) nanometric pillars of about 40 nm in diameter refined the characterization of this effect. It is shown that all observed features cannot be reduced to the action of a current dependent effective field. Instead, all measurements can be described in terms of an effective temperature, which depends on the current amplitude and direction, and on the magnetization state. The effective temperature is measured to be about 2000 K for 1 mA in nano-pillar structures, and 30 000 K for 1mA in Ni nanowires (far beyond the Curie temperature). The system is then analogous to an unstable open system. The effect of current induced magnetization reversal is interpreted as the balance of spin injection between both interfaces of the ferromagnetic layer.

A short intorduction to conformal fiel theory (CFT) and its integrable pertrubations

23 октября 2003 в 11:30

A.A. Belavin

Part I. Critical behaviour and conformal symmetry.
Conformal symmetry in two dimensions.
Operator products expansion. Conformal bootstrap.
Classification of conformal field thories.
Minimal models of CFT. Spectrum of dimensions.
Correlation functions in CFT.

O bose-condensatsii mezh'yamnyh exitonov

9 октября 2003 в 11:30

V.B. Timofeev

Self-consistent solutions in the weak turbulence and experiment

25 сентября 2003 в 11:30

V.E. Zakharov

CP-violation for B-mesons and status of neutrino oscillations

18 сентября 2003 в 11:30

M.I. Vysotsky (ITEP)

Modelling of exotic quantum systems on optical lattice

4 сентября 2003 в 11:30

Petr Fedichev (Universitet Innsbruck, Austria)

Growth in systems of vesicles and membranes

19 июня 2003 в 11:30

E. Kats

A simple phenomenological model of nucleation and growth in systems of vesicles and membranes is presented and analyzed. It is shown that the process of vesicle growth can be understood as a certain "reaction" and the driving force for this reaction is determined by anharmonic contributions to the curvature elasticity. Assuming that the aggregation is controlled by diffusion a simple kinetic approach predicts that the average radius increases in time $t$ as $t^{1/6}$ in close agreement with experimental data.

Surface tension of liquid helium

19 июня 2003 в 11:30

A. Dyugaev

The temperature dependence σ (T) of liquid He3 and He4 is determined in the intermediate temperature region when He3 and He4 are quantum but not degenerate liquids. This dependence is given by the universal law σ (T) - σ (0) ∝ T2 that is related to the contribution of the surface energy levels of helium vapor. These discrete levels also alter the mobility of electrons on the surface of liquid helium or of solid hydrogen. The work is joint with P. Grigoriev.

Collapses for non-linear Shröedinger equation

5 июня 2003 в 11:30

Yu.N. Ovchinnikov

Collision group and renormalization of the Boltzmann collision integral

29 мая 2003 в 11:30

V.L. Saveliev (Institute of Ionosphere)

On the basis of a recently discovered collision group, the Boltzmann collision integral is exactly rewritten in two parts. The first part describes the scattering of particles with small angles. In this part the infinity due to the infinite cross sections is extracted from the Boltzmann collision integral. Moreover, the Boltzmann collision integral is represented as a divergence of the flow in velocity space. Owing to this, the role of collisions in the kinetic equation can be interpreted in terms of the nonlocal friction force that depends on the distribution function.

Elastic turbulence: experiment and theory

15 апреля 2003 в 11:30

V. Lebedev

We are going to discuss a new phenomenon recently discovered experimentally by Groisman and Steinberg. It is the so-called elastic turbulence which is a random flow developed in weak polymer solutions at small Reynolds numbers. The reason for the chaotic state is in elastic instabilities which are relevant when the characteristic time of the flow fluctuations is of the order of the polymer relaxation time. The most interesting experimental data concern mixing, since the elastic turbulence is in some sense the ideal mixer. A research experimental information is obtained concerning statistical properties of the passive scalar advected by the chaotic flow in the elastic turbulence regime. The statistics admits a detailed theoretical derivation. We give a comparison of the theory and the experimental data.

On infinite symmetries in integrable lattice models and the corner transfer matrix approach

4 апреля 2003 в 11:30

Y. Pugai

During last ten years the algebraic approach based on vertex operators has been applied for finding exact integral representations for correlation functions and form-factors in many exactly solvable two-dimensional models of statistical mechanics. This approach can be treated as a natural generalization of the Baxter Corner Transfer Matrix method. Using off-critical RSOS models as an example I would like to briefly discuss some properties of corner transfer matrices and give their algebraic interpretation in the spirit of the conformal field theory Virasoro algebra approach. Finally I would like to report on some recent results for correlation functions of Z(N) symmetric models based on the deformed parafermionic algebra.

Boundary value problems for integrable PDE's

20 марта 2003 в 11:30

A. Degaperis, S.V. Manakov, P. Santini (Dipartamento di Fisica, Universita di Roma la Sapienza)

We review recent developments in the study of the Dirichlet and Newmann boundary value problems for linear and soliton PDE's.

Kelvin-Helmholtz instability in superfluids and balck hole horizon at the brane separating two quantum vacua

13 марта 2003 в 11:30

G.E. Volovik

An analog of black hole can be realized in the future experiments in Helsinki. The horizon can be constructed for the 'relativistic' ripplons (surface capillary-gravity waves) living on the 'brane' represented by the interface between two superfluid vacua, 3He-A and 3He-B, sliding along each other without friction. Similar experimental arrangement has been already used in ROTA experiments for the observation and investigation of the Kelvin-Helmholtz type of instability in superfluids.
The shear-flow instability in superfluids is characterized by two critical velocities. The lowest threshold which has been measured in recent experiments corresponds to appearance of the ergoregion for ripplons (the region where ripplons have negative energy in the frame of the environment). In the shallow-water geometry this will give rise to the black-hole event horizon in the effective metric experienced by ripplons. In the region beyond the ergosurface or horizon, the brane quantum vacuum is unstable due to interaction of brane matter (ripplons) with bulk matter (quasiparticles living in the higher-dimensional world of bulk superfluids). The development of this instability results in nucleation of vortices in 3He-B and shrinking of the black hole horizon. This mechanism of the black hole decay can be faster than due to the traditional Hawking radiation.
The second critical velocity, the proper Kelvin-Helmholtz instability threshold, corresponds to the 'physical' singularity inside the black hole, where the determinant of the effective metric becomes infinite.

Cosmology near singularity

6 марта 2003 в 11:30

D. Podolsky

We discuss classical and quantum properties of several string-inspired cosmological models. The subject of main interest for us is their behaviour near the cosmological singularity where one should expect strong discrepancies between Einstein-Hilbert general relativity and gravitation described by string low-energy effective action.

Light-cone integral approach to the Landau-Pomeranchuk-Migdal effect in QED and QCD

20 февраля 2003 в 11:30

B.G. Zakharov

In 1953 Landau and Pomeranchuk predicted within classical electrodynamics that multiple scattering can suppress considerably bremsstrahlung of high energy charged particles in medium. Later, in 1956 Migdal developed a quantum theory of this effect (usually called the Landau-Pomeranchuk-Migdal effect).
In this talk I discuss a new approach to the LPM effect based on the path integral treatment of multiple scattering. The approach is also applicable to gluon emission from a fast quark in a hot QCD matter. The rate of photon (gluon) radiation by an electron (quark) in a medium is expressed in terms of the Green function of a two-dimensional Schrodinger equation with an maginary potential. In QED this potential is proportional to the dipole cross section for scattering of an e e- pair off an atom, while in QCD it is proportional to the cross section of interaction of the color singlet quark-antiquark-gluon system with a color center.
In the case of QED we compare theoretical predictions with the first accurate data on the LPM effect obtained at SLAC. For most of the targets our predictions are in excellent agreement with the experimental data.

Wetting transition in superconductivity

6 февраля 2003 в 11:30

V.I. Marchenko, E.R. Podolyak

Waves and particles in layered media

23 января 2003 в 11:30

V. Ignatovich

We deduce and demonstrate simple analytical formulas for calculation of scattering of waves and particles in multilayered systems. In particular, reflection and transmission in quantum mechanics for arbitrary periodic potentials with finite number of periods. Algorithm for preparation of supermirror, or filters. Calculation of bound levels splitting in periodic potentials. Diffraction in three dimensional periodic systems. New form of dynamical diffraction in single crystals.

Spin transport in superconducting hybrid structures

16 января 2003 в 11:30

N.M. Chtchelkatchev

Not long ago emerged new direction in mesoscopic physics dealing with spin transport in nanostructures (traditionally mesoscopic physics deals with (coherent) electron transport in nanostructures). One of the important questions is description of spin transport in superconducting hybrid mesoscopic structures. For example, consider a beam of spin-polarized electrons scattering from thin superconducting region. It turns out that the superconductor at certain conditions plays the role of spin-filter separating the spin-current from the charge current. Consider now a beam of Cooper pairs (supercurrent) going through a constriction from one superconductor to another one. The constriction plays the role of quantum dot for Bogoliubov quasiparticles (Andreev quantum dot (AQD) is a superconducting junction where Bogolyubov quasiparticles can be trapped in discrete Andreev levels). Andreev levels in superconducting junctions are in general spin-degenerate. However in the presence of magnetic/exchange field or spin-orbit interaction spin degeneracy is lifted. Sometimes it is feasible to manipulate individual spin-state in an AQD. It can be shown that AQD can be brought into spin-1/2 state. The coupling between spin and superconducting current facilitate manipulation and measurement of this state in comparison with common semiconductor quantum dots. AQD's coupled inductively can serve as a solid-state base for universal quantum computing.

Single-electron transport through the vortex core levels in clean superconductors

26 декабря 2002 в 11:30

N.B. Kopnin, A.S. Mel’nikov, V.M. Vinokur

We investigate the low temperature electron transport in N-S-N structures in the presence of vortex lines perpendicular to the interfaces. It is shown that, in the absence of elastic scattering at the interface, the single-electron transport along the vortices in clean superconductors is not determined by the density of states in vortex cores. Within the quasiclassical approach the vortex contribution to the transport is determined by resonance tunneling of electrons via vortex core levels. We calculate the thermal conductance in the direction along the magnetic field and show that it decays with an increase in the superconducting slab thickness.

Self-organization of the critical state in granular superconductor

19 декабря 2002 в 11:30

S.L. Ginzburg and N.E. Savitskaya (Petersburg Nuclear Physics Institute)

We study the critical state of a one-dimensional multijunction SQUID with a random arrangement of junctions in an increasing magnetic field. Using two mathematical models (system of differential equations for gauge-invariant phase differences and a simplified algorithm), we show that the system demonstrates a self- organized behavior. An intrinsic spatial randomness introduced into the model allows us to obtain self-organization in one-dimensional case under fully deterministic perturbation. We also show that our simplified algorithm represents a new model of a self-organized criticality.

Coulomb correlation effects in the tunelling spectroscopy of individual impurities

5 декабря 2002 в 11:30

P.I. Arseyev (Lebedev Physical Institute)

Some non-equilibrium Coulomb effects in resonant tunnelling through deep impurity states are analyzed. It is shown that corrections to the tunnelling vertex caused by the Coulomb interaction can result in nontrivial behavior of the tunnelling characteristics and should be taken into account. One encounters with effects similar to the Mahan edge singularities in the problem of X - ray absorption spectra in metals. One might expect in this situation a smeared power-law singularity in current-voltage characteristics near the threshold voltage.

Shedding and interaction of solitons in weakly disordered optical fibers

31 октября 2002 в 11:30

M. Chertkov, Y. Chung, A. Dyachenko, I. Gabitov, I. Kolokolov, and V. Lebedev

Propagation of a soliton pattern through an optical fiber with weakly disordered dispersion is considered. Solitons, perturbed by this disorder, radiate, and, as a consequence, decay. The average radiation profile and the degradation law of a single soliton is found. The emergence of a long-range intra-channel interaction between the solitons, mediated by the radiation, is reported. We show that soliton in a multi-soliton pattern experience a random jitter: average force acting on a soliton is negligible and fluctuations of the soliton velocity are Gaussian, with a typical fluctuation proportional to square of the distance passed by the soliton in the fiber and to square root of the information rate (number of solitons per unit length of the fiber). We also present results of direct numerical simulation of the soliton decay and two-soliton interaction, confirming our theoretical analysis.

N=1 supersymmetric gauge theories and geometry

17 октября 2002 в 11:30

K. Saraikin

We will review recent progress in gauge theories with minimal (N=1) supersymmetry: confinement, instanton corrections, superpotentials, relation with Seiberg-Witten theory etc. In particular, we will discuss how low-energy effective action of such theories can be reproduced in pure geometrical terms using certain (Calabi-Yau) three dimensional complex manifolds.

Trans-planckian particle creation in cosmology

26 сентября 2002 в 11:30

A.A. Starobinsky

If the Lorentz invariance is broken (or "deformed") at some large energy close to the Planckian one, so that the dispersion law for elementary particles ω(k) differs from the standard one, the expansion of the Universe may result in gravitational creation of pairs of particles and antiparticles with a very high energy. The expansion of the Universe (both at present time and in the early Universe) gradually redshifts momenta of all Fourier modes of a quantum field and transports them from the trans-Planckian region of very high momenta to the sub-Planckian region where the standard particle interpretation is valid. Then, if the WKB condition is violated somewhere in the trans-Planckian region, the field modes enter the sub-Planckian region in a non-vacuum state containing equal number of particles and antiparticles.
This effect, if exists at all, can be found or limited by cosmological observations. The most restrictive upper limit follows from the number of ultra-high energy cosmic rays created now. In turn, their total amount can be shown to be bounded by the cosmic diffuse gamma-ray background. This limit rules out the possibility to detect signatures of such short distance effects by studying the temperature anisotropy of the cosmic microwave background. On the other hand, a remarkable possibility that some part of observed ultra-high energy cosmic rays originates from new trans-Planckian physics remains open.

Statistical mechanics of magnetic-field sensitive structural glass

12 сентября 2002 в 11:30

Giancarlo Jug

Recent experiments on the thermal, dielectric and acoustic properties of multicomponent glasses at low temperatures have revealed an unusual response in some window-glasses to a weak applied magnetic field. A statistical-mechanics theory will be presented to explain quantitatively, at least in part, these puzzling experimental findings. The theory is based on an extension of the standard tunneling model for structural low-temperature glasses and on the mean-field theory of spin-glasses, suitably adapted to the problem.

Dynamics of Bose condensation

5 сентября 2002 в 11:30

V.E. Zakharov

Acceleration of chemical reactions by chaotic mixing

20 июня 2002 в 11:30

V.V. Lebedev

A comprehensive theory of the binary chemical reaction A+B->C in chaotic flows at large Schmidt (Sc) and Damköhler (Da) numbers, and with initially injected equal (or close to equal) amounts of both chemicals, is developed. The combined effects of advection and diffusion are important and result in essential enhancement (in comparison with a situation without advection) of the overall reaction rate. Diffusion controls the fluxes of chemicals towards the interface separating the chemicals, while advection increases area of the interface. We identify four different stages of the spatio-temporal evolution. The chemicals are well separated during all but the final (and the only spatially uniform) stage. The relatively complex division of the evolution into the stages is due to finite-size effects which appear when the chemical reaction rate is controlled by the bulk, peripheral, and boundary domains of the flow.

Internal waves and synchronized precession in a cold vapor

13 июня 2002 в 11:30

L. Levitov

It was shown by E. Bashkin in 1981 that exchange in a Boltzmann gas of bosons with several internal states leads to collective transport of internal polarization. The internal dynamics can be understood as Larmor precession in the presence of a torque induced by atoms on each other via exchange coupling. In a recent experiment carried out in JILA, collective waves of internal state polarization in a cold magnetically trapped Rb vapor were observed by a new spatially resolved technique. A generalized Bloch equation that includes interatomic exchange effects as well as orbital motion in the gas is derived and used to interpret the JILA experiment. It is predicted that exchange leads to formation of domains in which precession frequencies are synchronized.
(M. Oktel and L.L., PRL 88, 230403, 2002)

On the motion of muplicharge bubbles in helium.(short communication)

13 июня 2002 в 11:30

R. Arhipov

No anntotation.

On integrable systems connected with quantum groups in root of unity

6 июня 2002 в 11:30

A.A. Belavin

Centre of Quantum Group (QG) in root of unity is extended. It makes possible to perform Quantum Group reduction of Integrable model connected with the QG. It can be shown that after this Quantum Group reduction the transfer-matrices of the model satisfy the closed system of the truncated functional relations.

Quantization of some cubic Poisson brackets

6 июня 2002 в 11:30

A. Odesskii

We discuss the problem of quantization of certain class of Poisson structures, for example {x,y}=z3, {y,z}=x3, {z,x}=y3. Our main tool is invariant pseudodifferential operators on the complex half-plane.

Simple interfacial model of surface-induced smectic layering in liquid crystals

30 мая 2002 в 11:30

E.S. Pikina and V.E. Podnek

We propose simple interfacial model of surface-induced smectic layering (quantized wetting layer growth) observed just above the bulk isotropic-smectic A phase transition in liquid crystals [1]. The model generalizes known interfacial models of critical wetting and roughening transition. It is shown that smectic wetting in the layering regime is always incomplete. The comparison with experimental data is made.
[1] B.M.Ocko, A.Braslau, P.S.Pershan, J.Als-Nielsen, and M.Deutsch, Phys.Rev.Lett., 1986, vol. 57, p. 94

Possible realization of an ideal quantum computer in Josephson junction array with topologically protected degenerate ground states

23 мая 2002 в 11:30

L.B. Ioffe and M.V. Feigelman

We introduce a new class of Josephson arrays which have non-trivial topology and exhibit a novel state at low temperatures. This state is characterized by long range order in a two Cooper pair condensate and by a discrete topological order parameter. These arrays have degenerate ground states with this degeneracy 'protected' from the external perturbations (and noise) by the topological order parameter. We show that in ideal conditions the low order effect of the external perturbations on this degeneracy is exactly zero and that deviations from ideality lead to only exponentially small effects of perturbations. We argue that this system provides a physical implementation of an ideal quantum computer with a built in error correction and show that even a small array exhibits interesting physical properties such as superconductivity with double charge, 4e, and extremely long decoherence times.

The ground state and excitations in 2deg in magnetic field at large Coulomb interaction

16 мая 2002 в 11:30

S.V. Iordanski, A. Kashuba

Some general properties of possible classification of the ferromagnetic ground state are investigated. The spectrum of the low energy collective excitations consists of Kohn exciton and gapless spin exciton. It is shown that the energy of topological excitations (skyrmions) is lower than the cyclotron energy (at large Coulomb interaction) and does not contain the large exchange energy typical for opposite case of extremely large magnetic field.

Collapse in hydrodynamics and Kolmogorov spectrum

18 апреля 2002 в 11:30

E.A. Kuznetsov

Isotropisation of Bianchi I brane cosmological models

4 апреля 2002 в 11:30

A.V. Toporensky (Sternberg Astronomical Institute)

The problem of isotropisation of Bianchi I brane cosmological model is described. It is shown that unlike a standard scenario the presence of an ordinary matter with a positive pressure enlarges anisotropy of a brane at early stages of cosmological expansion (when brane corrections to Einstein equations are significant). A possible influence of an anisotropic stress on the brane dynamics is also discussed.

Hidden long range order in Heisenberg Kagome antiferromagnets

21 марта 2002 в 11:30

A.V. Syromyatnikov (St. Petersburg)

We give a physical picture of the low-energy sector of the spin 1/2 Heisenberg Kagome antiferromagnet (KAF). It is shown that Kagome lattice can be presented as a set of stars which are arranged in a triangular lattice and contain 12 spins. Each of these stars has two degenerate singlet ground states which can be considered in terms of pseudospin. As a result of interaction between stars we get Hamiltonian of the Ising ferromagnet in magnetic field. So in contrast to the common view there is a long range order in KAF consisting of definite singlet states of the stars.

The threshold processes in external electromagnetic fields

21 марта 2002 в 11:30

V.N. Rodionov, G.A. Kravtsova, and A.M. Mandel (Moscow)

The threshold processes in external electromagnetic fields of some configurations are considered. The decay of quasistationary states is studied by means of the probability equations. Starting with these equations, we obtain the expressions for complex energy as a function of the field. Moreover, asymptotics for Re and Im parts of the energy are studied. In particular, we prove the absence of the stable action of magnetic field for some configurations and discuss consequences of this result.

Bosonisation techniques in the theory of exactly solvable models

21 февраля 2002 в 11:30

M. Lashkevich

It is a review of bosonization techniques, their advantages and problems. These techniques take their origin in Baxter's corner transfer matrix approach and bosonization of conformal field theory. Bosonization makes it possible to calculate exactly short-range correlation functions and form factors in a class of lattice models. In the case of models of quantum field theory similar techniques are related to quantization in the Rindler coordinates and provide exact integral expressions for form factors.

Nuclear ferromagnetism induced Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov state

24 января 2002 в 11:30

A.M. Dyugaev

We present a theoretical study of the influence of the nuclear ferromagnetism on superconductivity in the presence of the electron-nuclear spin interaction. It is demonstrated that in some metals, e.g. Rh, W, the BCS condensate imbedded in a matrix of ferromagnetically ordered nuclear spins should manifest the FFLO (Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov) state. We outline that the optimal experimental conditions for observation of FFLO could be achieved by creation, via adiabatic nuclear demagnetization, of the negative nuclear spin temperatures. In this case the nuclear polarization points in the opposite to the external magnetic field direction and the electromagnetic part of the nuclear spin magnetization compensates the external magnetic field, while the exchange part creates the nonhomogeneous superconducting order parameter.

Charge-density wave (CDW) and spin-density-wave (SDW) phases induced by a magnetic field in low-dimensional solids

10 января 2002 в 11:30

A.G. Lebed

A cascade of the metal-CDW phase transitions (recently discovered by D.Anders et al.) and the cascades of the metal-SDW transitions (which are observed in some low-dimensional organic conductors) are theoretically analyzed. We calculate the transition temperatures and free energies of the CDW and SDW subphases induced by a magnetic field. For CDW, we predict novel kind of an angular resonance and a novel type of a metal-DW phase diagram. We discuss the connections of our results with the existing experimental data including the so-called "three-dimensional quantum Hall effect".

Critical fields in supreconductors

27 декабря 2001 в 11:30

Yu.N. Ovchinnikov

Effects of doping and disorder on the spin-Peierls state (experiment)

20 декабря 2001 в 11:30

S.V. Demishev (General Physics Institute of RAS)

1. Introduction. Organic and inorganic spin-Peierls materials. Universal properties of spin-Peierls materials: magnetic phase diagram and concentrational phase diagram. Specific case of CuGeO3.
2. Universality vs. experiment (cases of CuGeO3 and MEM(TCNQ)2). Discussion of the Mostovoi and Khomskii calculation of the concentrational phase diagram.
3. Outside the universal scenario: the case of CuGeO3 doped with magnetic impurities.
4. Specific problems of ESR in the 1D s=1/2 antifferomagnetic chains. Latest developments.

Josephson current between chiral superconductors

6 декабря 2001 в 11:30

Yu.S. Barash, A.M. Bobkov and M. Fogelstrom

We study chiral interface Andreev bound states and their influence on the Josephson current between clean superconductors. Possible examples are superconducting Sr2RuO_4 and the B-phase of the heavy-fermion superconductor UPt3. We show that, under certain conditions, the low-energy chiral surface states enhance the critical current of symmetric tunnel junctions at low temperatures. The enhancement is substantially more pronounced in quantum point contacts. In classical junctions dispersive chiral states result in a logarithmic dependence of the critical current. This logarithmic behavior contains the temperature, the barrier transparency and the broadening of the bound states, and depends on the detailed relation between these parameters. The Josephson current through the domain wall doesn't acquire this logarithmic enhancement, although the contribution from the bound states is important in this case as well.

Towards the theory of quantum black holes

22 ноября 2001 в 11:30

Victor Berezin (Institute for Nuclear Research RAS)

Everybody knows what the classical black holes are.
The main feature that characterizes black holes and distinguishes them from other physical objects is their universality. Such an universality is widely known as the "no hair conjecture". It means that everything that can be radiated away does radiate during the gravitational collapse, and the resulting black hole is described by only few parameters, namely, by its mass, angular momentum and gauge charges. The universal character of black holes allowed J.Bekenstein to put forward an analogy between black hole physics and thermodynamics. According to Bekenstein, the black hole is endowed by some temperature and entropy, the value of entropy being proportional to the area of the event horizon. The rigorous proof of four laws of thermodynamics for the most general stationary black holes was given by Bardeen, Carter and Hawking. And at the top of these is Hawking's discovery that a black hole does radiate as a black body with this very temperature. S. Hawking considered a quantized scalar field on the given Schwarzschild background and showed that it is nontrivial causal structure of the black hole metric that is responsible for the black body radiation. Such an effect is purely quantum, and the Hawking temperature is a generalization of the Unruh temperature seen by an uniformly accelerated observer in the flat spacetime. The analogy between these two effects illustrates the famous equivalence principle.
The discovery of the black hole evaporation opened, in a sense, the quantum era in the black hole physics. The matter is that the very definition of the black hole involves the notion of the so called event horizon (which is the boundary between geodesics that can escape to infinity and those that cannot). The event horizon can be determined only globally, and the procedure requires knowledge of the whole history. Since, due to evaporation, the black holes disappear (at least, if do not take into account the back reaction of the radiation on the spacetime metric) the very notion of the black hole becomes only approximate.
Why should we study quantum black holes? First, this problem is interesting by itself and it could provide additional links between General Relativity and Quantum Theory. Second, at the final stage of evaporation black holes are so small that quantum effects can no more be ignored. Third, small black holes can be formed by large enough fluctuations of both matter fields or spacetime metric in the Very Early Universe (the so called Primordial Black Holes) or in the course of vacuum phase transitions. But how small should be a black hole in order to be considered as a quantum object? On purely dimensional grounds using Newton's constant G, Planck's constant $hbar$ and velocity of light c, we are able to construct two different quantities with the dimension of length for some object of mass m, namely, the Compton length $lambdabar/mc$ and the gravitational (Schwarzschild) radius rg = 2 G m/c2. For masses much smaller than the Planckian mass mPl = $sqrt{hbar c/G}$ the gravitational radius is much smaller than the Compton length and the object is purely quantum (this also indicates that there may be no black holes with so small masses). If the mass is much higher than the Planckian mass, the Compton length is well inside the black hole horizon and in this case we are already have purely classical black holes (if it is possible, of course, to ignore the Hawking radiation). Thus, the range of quantum black hole masses is somewhere in-between. The first attempt to obtain the quantum black hole mass spectrum was due to J. Bekenstein. He noticed that an event horizon area for slowly evolving black holes is an adiabatic invariant. So, the usual quasiclassical quantization leads to an equidistant spectrum for a black hole surface area. In the case of the Schwarzschild black hole this results in the now famous square-root mass spectrum mBH∼$sqrt{n}$, where n is an integer quantum number. The same type of spectrum was then advocated by J.Bekenstein and S.Mukhanov later on by many others. It was shown also that such a spectrum is compatible with the Hawking radiation.
In what follows we confine ourselves with consideration of the Schwarzschild (neutral, nonrotating) black holes only. The very fact that the mass (total energy) of black holes depends on only one quantum number n can be viewed as a generalization of the "no hair" conjecture and confirms the universal character of black holes also on the quantum level. But we should pay some price for such a universality. And this price is that the every energy level is highly degenerate. Indeed, since the black hole entropy is proportional to the area of the horizon, and the latter has (approximately) an equidistant spectrum, the number of quantum states with the same total energy (mass) grows exponentially with the quantum number nThe real physical explanation of this phenomenon is still an open problem. In our opinion, this is because we do not yet know what is an object that could be called a quantum black hole. In other words, we need a definition. It seems it is the universality that could become the crucial feature which would distinguish quantum black holes from any other quantum object. It is worth noting that in the recent paper by G.Gour the equidistant spectrum for the black hole area and the exponential degeneracy of the energy levels have been taken as postulates. The author constructed the Hamiltonian operator and the algebra of observables for quantum Schwarzschild black holes and, thus, showed the selfconsistency of these two postulates. The abovementioned attempts to construct a theory of quantum black holes can be called phenomenological.
The equidistant (or any other) black hole area spectrum which leads to a discrete mass spectrum poses one serious problem. The classical, in our case - Schwarzschild, black hole state is described by only one parameter, its mass, irrespective of how this black hole has been formed. Let us suppose that the black hole is formed by the collapse of gravitating particles. The motion of these particles can be either bound or unbound, such qualitative difference in the history of the constituents in no way reflected in the mass of the resulting black hole. This is not surprising in classical theory. But in quantum theory it does makes a difference. The bound motions give rise to discrete mass spectra while the mass spectra for unbound motions are continuous. And if the black hole mass spectrum is just the mass (energy) spectrum of this system of particles (what is the case in classical theory) we can easily distinguish the black holes formed due to bound motion from that formed due to unbound motion. But this contradicts the principle of universality (quantum "no-hair" conjecture). Then, what is it that gives the discrete mass spectrum for quantum black holes? Clearly, we need a deeper insight into the nature of these objects.

Inhomogenious charged states and phase stratification for manganites

25 октября 2001 в 11:30

M.Yu. Kagan, K.I. Kugel, D.I. Khomskii

Analiziruyutsya mekhanizmy elektronnogo fazovogo rassloeniya v oksidnykh materialakh tipa manganitov. Rassmotrenie provoditsya v ramkakh prostoy modeli kondo-reshetki s mezhuzel'nym kulonovskim ottalkivaniem elektronov. Eta model' pozvolyaet vyyavit' neustoychivost' odnorodnogo magnitnogo ili zaryadovogo uporyadocheniya otnositel'no obrazovaniya kapel'nykh struktur (magnitnykh polyaronov) v shirokoy oblasti parametrov fazovoy diagrammy. Issleduyutsya razlichnye tipy i formy magnitnykh polyaronov. Obsuzhdayutsya transportnye kharakteristiki i spektr shumov v fazovo-rassloennom sostoyanii.

Uniqueness of electrostatic solutions in the bulk of perfect crystals

18 октября 2001 в 11:30

E.V. Kholopov (Institute of Inorganic Chemistry)

Although the investigation of lattice sums is a classical subject for more than a century, some problems concerned with their uniqueness in dependence on the mode of summation, as well as with the rate of convergence exist heretofore. In the present work a rigorous electrostatic theorem has been proved about the definite convergence of Coulomb sums over translation invariant lattices. As a result, any uniform potential contribution to bulk potentials is absent in perfect crystals. The topological nature of this issue is associated with the periodic boundary conditions invariant to the definition of the unit cell. The close relation between absolute local potentials and the bulk Coulomb energy is substantiated. It is principal that the analysis may be performed in terms of absolutely convergent series by means of the incorporation of fictitious charges appropriate to the case. As a result, the general criterion on admissible orders of the lattice summation is proposed. The shell-by-shell order of summation accounting for crystal fields is verified as universal. The numerical efficiency of the direct summation modified properly is exhibited in a set of various model cases, with including depolar sums. The topological nature of the Lorentz field becomes evident therefrom.

Topologically protected quantum bits from Josephson junction arrays

11 октября 2001 в 11:30

L.B. Ioffe, M.V. Feigelman, A.S. Ioselevich, D.A. Ivanov, M. Troyer, G. Blatter

All physical implementations of quantum bits (qubits), carrying the information and computation in a putative quantum computer, have to meet the conflicting requirements of environmental decoupling while remaining manipulable through designed external signals. Protecting qubits from decoherence by exploiting topological stability, a qualitatively new proposal due to Kitaev, holds the promise for long decoherence times, but its practical physical implementation has remained unclear so far. Here, we show how strongly correlated systems developing an isolated two-fold degenerate quantum dimer-liquid groundstate can be used in the construction of topologically stable qubits. We propose two implementations based on Josephson junction arrays and show how to construct the gates shifting the amplitude and phase of individual qubits and enforcing the entanglement of two qubits.

This seminar was cancelled

4 октября 2001 в 11:30

A.M. Gurin. Geometric attractor of an electron beam which has passed through a crystal. The Lemmlein algorithm assigns a cyclic interaction of a mathematical point with other (n+1) points of the n-dimensional Euclidean space. In this paper generalization A of the Lemmlein algorithm for an arbitrary number of points m situated in the n-dimensional Riemann space is proposed. Algorithm A generates a Markovian chain consisting of the finite number of combinatorially different strongly convergent attractors.

Weak turbulence. Present state of theory

27 сентября 2001 в 11:30

V.E. Zakharov

Brane-world effective action and origin of inflation

20 сентября 2001 в 11:30

A. Barvinsky (Lebedev Physical Institute)

We construct braneworld effective action in two brane Randall-Sundrum model and show that the radion mode plays the role of a scalar field localizing essentially nonlocal part of this action. Non-minimal curvature coupling of this field reflects the violation of AdS/CFT-correspondence for finite values of brane separation. Under small detuning of the brane tension from the Randall-Sundrum flat brane value, the radion mode can play the role of inflaton. Inflationary dynamics corresponds to branes moving apart in the field of repelling interbrane inflaton-radion potential and implies the existence acceleration stage caused by remnant cosmological constant at late (large brane separation) stages of evolution. We discuss the possibility of fixing initial conditions in this model within the concept of braneworld creation from the tunneling or no-boundary cosmological state, which formally replaces the conventional moduli stabilization mechanism.

The elasticity of single DNA molecules (a review)

28 ноября 2000 в 11:30

V. Golo (MSU)

The mechanical properties of the DNA molecule have been a subject of intense study for the last few years. The current approach is to consider DNA as a worm-like chain. The model allows for explaining major experimental results, but still there are questions to the effect, especially concerning the elastic behaviour as a function of the ionic strength of the solvent. In particular it contradicts the familiar model of elastic rod often used for describing DNA.

Instanton approach to quantum chemical dynamics

28 ноября 2000 в 11:30

V.A. Benderskii (ICP)

Quantum chemical dynamics is based on the eigenvalue problem for multidimensional vibration Hamiltonians with potential energy surfaces (PES) having at least two minima, which are associated with the initial and final quasi-stationary states, reactants and products of chemical reaction. Although a semiclassical approximation is to be valid, commonly used WKB methods appear to be ineffective for multidimensional problems due to singularities of WKB solutions on caustics. Instanton approach (IA) differs from WKB method by replacement of energy as the quantity of h-order from Gamilton-Jacobi equation into transport equation. IA allows us to solve the Landau-Zener problem in the configuration space representation and derive the quantization rules for intersecting diabatic potentials at an arbitrary value of adiabatic coupling. In multidimensional IA, the minimum action path (MAP) is found from the classical equation of motion and then the Euclidean action is calculated in the vicinity of MAP as the expansion over the powers of transverse displacements with tunneling coordinate dependent coefficients. Coherent-incoherent transitions in the asymmetric double-well potentials and vibration stimulated tunneling are discussed as examples of IA applications.

Gravitational fields described by integrable reductions of Einstein's field equations

14 ноября 2000 в 11:30

G.A. Alekseev (Steklov Institute)

Einstein's equations for gravitational fields in vacuum, the Einstein - Maxwell and Einstein - Maxwell - Weyl equations for gravitational, electromagnetic and massless Weyl spinor fields, some string theory induced gravity models with electromagnetic, axion and dilaton fields are known to become integrable, if the space-time admits the Abelian two-dimensional isometry group and all field components and their potentials are dependent on some two of the four space-time coordinates only. In the talk we consider a number of specific features of very rich and universal (i.e. common for all these integrable cases) internal structure of reduced Einstein's equations which gave rise to a development of some general and simple approach to solution of these equations which can be called as the "monodromy transform" approach. This approach has provided a convenient base for further development of some effective methods for construction of solutions with wanted physical and geometrical interpretation, superposition of some known field configurations, generation of infinite hierarchies of solutions with infinitely increasing number of parameters and gave rise to the linear algorithms for solutions of the Cauchy and characteristic initial value problems for the reduced Einstein's equations. We also discuss particular examples of the solutions corresponding to physically different types of field configurations, such as the black holes immersed into the external gravitational and electromagnetic fields, various types of waves with smooth profiles or distinct wavefronts colliding on the Minkowski background or propagating in some other space-times, the waves emitted by accelerated sources, dynamics of some inhomogeneous cosmological models, and describe their physical and geometrical properties.