In this talk, I will discuss the rapidly developing field of nonreciprocal effects in superconducting transport, also known as the superconducting diode effect. The essence of this phenomenon lies in the asymmetry of a system’s properties when a supercurrent flows in opposite directions. Such an effect requires the simultaneous breaking of time-reversal and inversion symmetries. The underlying physical mechanisms can vary significantly, including effects of magnetic (and, more specifically, exchange) fields, spin-orbit interactions, and geometric asymmetry of the system. These effects can lead to nonreciprocal charge transport both in systems homogeneous along the current direction and in Josephson junctions.

BIOGRAPHY
Prof. Yakov Fominov holds two PhDs in Theoretical Physics — one from the Kapitza Institute (Russia, 2003) and another from the University of Twente (Netherlands, 2003) — as well as a Doctor of Physics and Mathematics degree from the Landau Institute (2019). Since 2005, he has been a permanent member of the Landau Institute, where he currently serves as Deputy Director. Since 2023, he has also headed the Chair for Problems in Theoretical Physics (Gor’kov Theory Group) at the Moscow Institute of Physics and Technology. His research focuses on the superconducting proximity effect in hybrid structures (including normal and ferromagnetic metals), the Josephson effect in mesoscopic junctions, odd-frequency superconductivity, and superconducting spin valves.

In this talk, I will discuss quantum states in Kagome lattices with the time reversal symmetry breaking. Both theory and recent experimental progress will be reviewed. A brief review of this type of states will be given for cuprates and Kagome lattice superconductors. We will discuss a specific model to show the existence of loop current states which break the time reversal symmetry as ground states. In particular, we will address the superconducting diode effect can be used to probe such quantum states.

BIOGRAPHY
Prof. Jiang-Ping Hu is currently a researcher and the Deputy Director of the Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences. He received his BS from Peking University in 1994, MS from the Institute of Theoretical Physics of the Chinese Academy of Sciences in 1997 and PhD from Stanford University in 2002. His main research interests are theoretical condensed matter physics. He has made seminal contributions to topological physics, high-temperature superconductivity, and strongly correlated electron theory, with more than 280 publications and an H-index of 85. He was selected to be a Fellow of the American Physical Society in 2018, and was awarded the Zhou Peiyuan Prize for Physics in 2019, a New Stone Researcher in 2023.

Нелокальная фотоника – это новое научное направление, которое изучает взаимодействие света со средами, обладающими сильной пространственной дисперсией. Учет пространственной дисперсии (или пространственной нелокальности) приводит к существенно новым физическим принципам взаимодействия света и вещества. В частности, в нелокальных средах возникают непрямые оптические переходы, обусловленные пространственным синхронизмом электронов и фотонов, локализованных вблизи структурных неоднородностей. В основе данного явления лежит увеличение импульса фотонов при их пространственной локализации.
Примером нелокальных сред являются двойные системы «кристалл-жидкость», структура которых обладает дальним порядком и локальным беспорядком. К таким системам относятся галоидные перовскиты, жидкие кристаллы, коллоидные системы, высокоэнтропийные кристаллы, полимеры, вода, мицеллы, белки и т.д. [1, 2].
В докладе будут рассмотрены такие полупроводники как кремний [3] и металл-галоидные перовскиты [4], в которых наблюдается широкополосное неупругое рассеяния света, известного как электронное комбинационное рассеяние света [1-3]. Будет показано, что электронное рассеяние света вызывает аномальное увеличение показателя преломления гетерогенных сред и приводит к их оптическому нагреву. В лекции будут рассмотрены некоторые приложения в области оптоэлектроники, фотовольтаики и биомедицины.

[1] S. S. Kharintsev, E. I. Battalova, V. Mkhitaryan, V. M. Shalaev. How near-field photon momentum drives unusual optical phenomena: opinion // Optical Materials Express, 2024. – V. 14. – P. 2017-2022.
[2] S. S. Kharintsev, E. I. Battalova, A. I. Noskov, J. Merham, E. O. Potma, D. A. Fishman. Photon-Momentum-Enabled Electronic Raman Scattering in Silicon Glass // ACS Nano 2024, – V. 18. – P. 9557–9565
[3] S. S. Kharintsev, A. I. Noskov, E. I. Battalova, L. Katrivas, A. B. Kotlyar, J. G. Merham, E. O. Potma, V. A. Apkarian, D. A. Fishman. Photon Momentum Enabled Light Absorption in Silicon // ACS Nano 2024, – V. 18. – P. 26532–26540
[4] S. S. Kharintsev, E. I. Battalova, I. A. Matchenya, A. G. Nasibulin, A. A. Marunchenko, A. P. Pushkarev. Extreme Electron-Photon Interaction in Disordered Perovskites // Adv. Sci. 2024, – V. 11. – P. 2405709.

В докладе дан обзор наиболее интересных и парадоксальных результатов экспериментальных исследований двумерных топологических изоляторов и полуметаллов на основе HgTe квантовых ям. Если говоритьо свойствах двумерного ТИ, то к ним можно отнести отсутствие в нем эффектов топологической защиты от обратного рассеяния, а также реализация нескольких сценариев андерсоновской локализации. В двумерных полуметаллах новые эффекты возникают при наличии сильного беспорядка. Обнаружена двухступенчатая андерсоновская локализация в объеме квантовой ямы, когда первыми локализуются двумерные дырки, как частицы с почти на порядок большей эффективной массой, чем у электронов. Затем происходит локализация электронов. Установлено, что при температуре ниже 0.5 К вызванный локализацией экспоненциальный рост сопротивления прекращается и происходит переход к режиму доминирующего одномерного (1D) транспорта с металлическим поведением сопротивления. Подобный факт указывает на отсутствие эффектов одномерной локализации. Это означает, что в квантовых ямах с инверсным спектром отсутствует топологическая защита от локализации электронов и дырок в объеме квантовой ямы, в то время как одномерные краевые токовые состояния топологически защищены от нее. Следовательно, можно говорить о новом типе 2D топологического изолятора - 2D топологическом андерсоновском изоляторе. Заключительная часть доклада посвящена описанию аномальных мезоскопических флуктуаций кондактанса, возникающих в результате тонкой игры беспорядка и электронно-дырочного взаимодействия.

Известно, что в магнитоупорядоченных средах, допускающих описание в терминах непрерывного векторного поля локальной намагниченности, могут существовать стабильные топологически нетривиальные магнитные состояния. Они соответствуют различным отображениям сферы на сферу. Целевая сфера -- множество точек на которых лежат концы векторов намагниченности (фиксированной длины), а исходная сфера -- пространство с наложенными периодическими граничными условиями на бесконечности. Одномерные (зависящие только от одной пространственной координаты) конфигурации соответствуют отображениям $S^1\to S^2$, двумерные (солитоны Белавина-Полякова) отображениям $S^2\to S^2$, а трёхмерные (магнитные хопфионы) отображениям $S^3\to S^2$. Все они распадаются на пронумерованные целыми числами (задающими количество солитонов в системе) гомотопические классы. Доклад посвящён вопросам стабильности, равновесия и (немного) динамики таких конфигураций, рассматриваемых с позиций теории микромагнетизма. Основные представленные результаты изложены в работах [1-5], но будут и более новые.

[1] K. L. Metlov, Simple analytical description of the cross-tie domain wall structure, Appl. Phys. Lett. 79(16) 2609 (2001).
[2] K. L. Metlov, Magnetization patterns in ferromagnetic nano-elements as functions of complex variable, Phys. Rev. Lett. 105(10) 107201(2010).
[3] K. L. Metlov, Equilibrium large vortex state in ferromagnetic disks, J. Appl. Phys. 113(22) 223905 (2013).
[4] K. L. Metlov, Vortex mechanics in planar nanomagnets, Phys. Rev. B. 88(1) 014427 (2013).
[5] K. L. Metlov, Two types of metastable hopfions in bulk magnets, Physica D 443, 133561 (2023).

В модели 'т Хофта (планарном пределе двумерной квантовой хромодинамики) спектр частиц-"мезонов" определяется решением одноименного интегрального уравнения. Для некоторых значений параметров (масс составляющих "мезон" кварков) Фатеев-Лукьянов-Замолодчиков, сведя задачу к уравнению типа TQ-уравнения Бакстера, смогли получить непертурбативные аналитические результаты, такие, как выражения для спектральных сумм, а так же систематическое (1/n)-разложение для собственных значений. Мы обобщаем использованный ими метод на случай произвольных кварковых масс. Полученные нами формулы подтверждаются численным решением, а также известными из других подходов аналитическими выражениями в предельных случаях. Доклад основан на совместной работе 2504.12081 с А. Литвиновым и П. Мещеряковым.

Мы аналитически и численно исследуем статистические свойства динамики жестких сферических частиц с нейтральной пдавучестью. Частицы помещены в турбулентный поток с сильной сдвиговой составляющей. В качестве простейшей модели мы рассматриваем сдвиговой поток осесимметричного вихря с турбулентными флуктуациями и вычисляем распределение частиц от расстояния до центра вихря. Мы представляем количественные результаты, полученные в рамках модели точечной частицы с флуктуациями, которые коррелированы во времени.

В трехмерных турбулентных течениях вращающейся жидкости, где сила Кориолиса преобладает над силами инерции, наблюдается (экспериментально [1] и численно [2]) формирование столбовых вихрей - крупномасштабных когерентных долгоживущих потоков, однородных вдоль оси вращения. В работе мы строим аналитическую модель, описывающую как осесимметричное течение вихря поддерживает себя за счет поглощения инерционных волн. Изучается случай накачки, когда инерционные волны попадают в вихрь с периферии системы, где возбуждается турбулентность. В пределе коротких длин волн и малой вязкости нами показано, что при движении квазимонохроматическая волна, пришедшая в вихрь, передает тому свою энергию и импульс только в узкой окрестности критического слоя [3], который формируется для нее средним сдвиговым течением. В докладе мы представляем определение поперечной компоненты тензора Рейнольдса, усредненной по ансамблю волн, которая задает профиль скорости вихря [4]. [1] D.D. Tumachev, A.A. Levchenko, S.S. Vergeles, S.V. Filatov, Observation of a large stable anticyclone in rotating turbulence, PoF, 36(12), 126620 (2024). [2] Seshasayanan, K. & Alexakis, A. Condensates in rotating turbulent flows. JFM, 841, 434–462 (2018). [3] Haynes, P., 2015. Critical Layers. In: G. R. North et al., Encyclopedia of Atmospheric Sciences, 2nd edition, Vol 2. [4] I.V. Kolokolov, L.L. Ogorodnikov, and S.S. Vergeles, Structure of coherent columnar vortices in three-dimensional rotating turbulent flow, Phys. Rev. Fluids 5, 034604 (2020).