В достаточно чистых двумерных электронных системах межэлектронные столкновения могут доминировать над рассеянием на примесях и фононах, вследствие чего электронный транспорт приобретает коллективный гидродинамический характер. В этом режиме электронный газ в GaAs микроструктурах может рассматриваться как вязкая жидкость, для описания которой оказываются применимы понятия классической гидродинамики — вязкость, граничные условия, вихревое течение и турбулентность. В докладе будет представлен обзор наших недавних экспериментальных исследований электронной гидродинамики в высокоподвижных GaAs гетероструктурах. Будет показано, как эффект сверхбаллистики позволяет проводить измерения электронной вязкости и её температурной зависимости, а также анализировать проскальзывание электронной жидкости, задающее граничные условия на краях образца. Далее будут обсуждаться эксперименты по наблюдению стационарных электронных вихрей с помощью транспортных измерений. Особое внимание будет уделено экспериментальному подтверждению наличия вихрей и обоснованию их гидродинамической природы. Будет продемонстрирована твердотельная реализация электронного клапана Теслы, что является первым экспериментальным признаком электронной турбулентности. Наконец, будут рассмотрены необычные механические методы регистрации электронных вихрей, основанные на взаимодействии магнитного момента вихря, локализованного на наномеханическом резонаторе, с магнитным полем.

Мы изучаем теоретически возможность управления скирмионами типа Нееля с помощью неоднородного электрического поля, источником которого служит тонкий заряженный зонд. Электрическое поле действует на неоднородную намагниченность благодаря магнитоэлектрическому эффекту, что было предсказано ещё в 1980х, но только недавно подверждено в эксперименте: поле приводит к смещению доменных стенок и рождению доменов. Используя аналитический подход, мы показываем, что этот же эффект должен приводить в движение скирмионы, изменять их размер, а также создавать и уничтожать их. Кроме того, электрическое поле может создавать и поддерживать существование скирмионов отрицательной киральности, а также скирмиониумов. Мы детально исследовали условия и значения параметров, при которых можно реализовать вышеуказанное, и составили фазовую диаграмму в координатах "расстояние до зонда - интенсивность поля", показывающую соответствующие возможности. Кроме того, мы предлагаем теоретический проект устройства, в котором несколько зондов могут перемещать, создавать и уничтожать скирмионы. Аналитические результаты верифицированы численным микромагнитным моделирование.

Мы исследуем тепловое проскальзывание фазы в бесконечной двумерной сверхпроводящей пленке в рамках уравнений Узаделя. Недавно было получено аналитическое решение для инстантона свободной энергии вблизи критической температуры при токах близких к критическому. Близость к криттоку позволяет свести седловое уравнение для функционала Гинзбурга-Ландау к точно интегрируемому уравнению Буссинеска [1]. Используя полученный в работе [1] скейлинг параметров инстантона, мы организуем градиентное разложение в уравнениях Узаделя вблизи критического тока, оставляя в функционале свободной энергии только лидирующие члены. Данная процедура приводит функционал свободной энергии к форме Буссинеска, что позволяет воспользоваться известным профилем инстантона и вычислить величину активационного барьера при произвольной температуре. В одномерной геометрии получаемые криттоковые асимптотики барьера согласуются с численными зависимостями барьера от тока при разных температурах, полученными в работе [2].

[1] M. A. Skvortsov and A. V. Polkin, arXiv:2506.18130.
[2] A. V. Semenov, P. A. Krutitskii and I. A. Devyatov, Jetp Lett. 92, 762 (2010)

Исследуется поведение гидродинамических мод в диссипативных фермионных системах с сохраняющимся числом частиц. Рассматриваемая модель описывает класс фермионных систем с симметричным двухзонным спектром, сохраняющимся числом частиц и диссипацией энергии и импульса, происходящей за счёт взаимодействия с бозонной баней. Эволюцию матрицы плотности такой системы можно описывать при помощи уравнения Горини-Коссаковски-Сударшана-Линдблада (ГКСЛ) или, что аналогично, в терминах Келдышевской теории поля. В предыдущих работах по этой теме мы изучали динамику системы при помощи диаграммной техники в формализме Келдышевского функционального интеграла. Оказалось, что динамика фермионов описывается системой из двух связанных уравнений для плотностей в верхней и нижней зонах, которые имеют вид уравнения Фишера-Колмогорова-Петровского-Пискунова (ФКПП). В данной работе мы продолжаем этот сюжет при помощи методов теории поля: в Келдышевском действии можно явно выделить гидродинамические и массивные моды, описывающие динамику отклонений от седлового приближения. Усреднение по массивным модам приводит гидродинамическое действие к виду уже знакомых уравнений ФКПП и позволяет методом ренормгруппы определить, привязаны ли полученные ранее результаты к малому коэффициенту диссипации, а также есть ли в модели фазовый переход по этому параметру. Работа выполнена в рамках гос. задания FFWR-2024-0017.

Изучается сверхпроводящий диодный эффект (СДЭ) в диффузионном бислое сверхпроводник – нормальный металл (SN), находящемся под действием магнитного поля, направленного в плоскости слоёв. Сверхток течёт вдоль слоёв перпендикулярно полю. СДЭ, проявляющийся как асимметрия критических (распаривающих) токов и кинетической индуктивности при противоположных направлениях тока, возникает вследствие орбитального механизма, обусловленного неоднородным распределением мейснеровских токов, вызванным пространственно изменяющейся сверхтекучей плотностью. Недавно Левичев с соавт. [Phys. Rev. B 108, 094517 (2023)] продемонстрировали реализацию данного эффекта в такой структуре, подтвердив численные расчёты для случая идеальной границы между слоями экспериментальными данными. В настоящей работе исследуется влияние неидеальной границы с конечным сопротивлением на СДЭ. Используя аналитический подход, мы фокусируемся на предельных случаях, соответствующих слабым внутрислойным неоднородностям. Обнаружено, что сила СДЭ немонотонно зависит от сопротивления интерфейса, когда толщина бислоя мала по сравнению с длиной когерентности. Примечательно, что неидеальный интерфейс может усиливать СДЭ по сравнению с идеальным случаем.

Изучается модель когерентного столбового вихря во вращающейся жидкости, течение которого поддерживается за счет поглощения инерционных волн, приходящих с периферии системы. Рассмотрение крупномасштабного интенсивного вихря в случае быстрого вращения системы обосновывает квазилинейное приближение теории, в котором на его среднее течение инерционные волны оказывают совокупное действие через напряжение Рейнольдса [1], а в быстрой эволюции волн их перенос вихрем доминирует над нелинейным взаимодействием гармоник. Мы исследуем накачку для осесимметричного вихря в виде падающих извне случайных инерционных волн с коротковолновой статистикой, полагая также слабыми эффекты вязкости. При таких условиях доминирующим механизмом передачи энергии и момента импульса среднему течению является резонансное поглощение волны в окрестности критического слоя, исследованное в предыдущей работе [2]. На основе усредненного по ансамблю касательного напряжения Рейнольдса получены аналитические результаты для профиля скорости вихря, которые сравниваются с экспериментальными данными [3].

[1] I.V. Kolokolov, L.L. Ogorodnikov, S.S. Vergeles, Phys. Rev. Fluids, 5, 034604 (2020).
[2] N.A. Ivchenko, S.S. Vergeles, Physics of Fluids 37, 126605 (2025).
[3] D.D. Tumachev, S.V. Filatov, S.S. Vergeles, and A.A. Levchenko. JETP Letters, 118: 426–432 (2023).

Гибридные структуры двумерного электронного газа и сверхпроводника (2DEG-S) в квантующем магнитном поле представляют собой перспективную платформу для реализации новых топологических фаз. Хотя недавние эксперименты обнаружили киральные андреевские краевые состояния, их зарядовая проводимость не квантуется и чувствительна к беспорядку, что ставит вопрос: сохраняется ли топологическая защита? Мы утверждаем, что да, но она проявляется в спиновом транспорте. Система 2DEG-S принадлежит классу симметрии C в классификации Алтланда–Цирнбауэра, который поддерживает поперечную спиновую проводимость, квантуемую чётными целыми числами — спиновый квантовый эффект Холла, до сих пор не наблюдавшийся экспериментально. Мы показываем, что гибриды 2DEG-S содержат топологически защищённые краевые состояния, переносящие спиновый ток с устойчивой к беспорядку спиновой проводимостью, квантуемой чётными целыми числами. Наконец, мы предлагаем экспериментальную схему для исследования этой защиты с помощью электрических измерений, тем самым предлагая способ обнаружить происхождение киральных андреевских краевых состояний из класса C. 

Доклад основан на препринте arXiv:2605.05847