Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау


Российской академии наук

Семинары

На регулярной основе семинары проводятся по четвергам в ИФП им. П.Л. Капицы в Москве и по пятницам на ученом совете ИТФ им. Л.Д. Ландау в Черноголовке.

Секторы института проводят свои собственные семинары, тематика которых определяются научной направленностью сектора.

Информация о семинарах рассылается также по электронной почте. Если вы ходите получать извещения о семинарах, подпишитесь.

A Josephson relation for e/3 and e/5 fractionally charged anyons

23 мая, завтра в 11:30 в ИФП

D. Christian Glattli (Nanoelectronics Group, Service de Physique de l’Etat Condensé, CEA Saclay, France)

Anyons occur in two-dimensional electron systems as excitations with fractional charge in the topologically ordered states of the fractional quantum Hall effect (FQHE). Their dynamics are of utmost importance for topological quantum phases and possible decoherence-free quantum information approaches, but observing these dynamics experimentally is challenging. Here, we report on a dynamical property of anyons: the long-predicted [1] Josephson relation fJ = e*V/h for charges e* = e/3 and e/5, where e is the charge of the electron and h is Planck’s constant [2]. The relation manifests itself as marked signatures in the dependence of photo-assisted shot noise (PASN) [3-4] on voltage V when irradiating contacts at microwaves frequency fJ [4]. The validation of FQHE PASN models indicates a path toward realizing time-resolved anyon sources based on levitons. The method may be of interest to provide a demonstration of anyonic statistics, a pre-requisite for topological quantum computing. [1] X. G. Wen, Edge transport properties of the fractional quantum Hall states and weak-impurity scattering of a one-dimensional charge-density wave, Phys. Rev. B 44, 5708–5719 (1991). [2] M. Kapfer, P. Roulleau, M. Santin, I. Farrer, D. A. Ritchie, and D. C. Glattli, A Josephson relation for fractionally charged anyons, Science 363, 846–849 (2019). [3] G. B. Lesovik and L. S. Levitov, Noise in an ac biased junction: Nonstationary Aharonov-Bohm effect, Phys. Rev. Lett. 72, 538–541 (1994). [4] C. de C. Chamon, D. E. Freed, and X. G. Wen, Tunneling and quantum noise in one-dimensional Luttinger liquids, Phys. Rev. B 51, 2363–2379 (1995).

Minimal excitations states: From time resolved single particle fermionic states for Electron Quantum Optics to Digital communication and music.

24 мая, послезавтра в 11:30 на ученом совете

D. Christian Glattli (Nanoelectronics Group, Service de Physique de l’Etat Condensé, CEA Saclay, France)

In the 90’s, an impressive series of works by theoreticians from the Landau Institute on electrons shot noise in quantum conductors [1] and on the statistics of transfer of electrons [2] has leaded to the emergence of the beautiful concept of minimal excitation states [3-5]. These minimal excitation states can be generated by applying voltage pulses on the contact of a conductor to inject short single electron pulses. These states show minimal noise and provide a convenient and clean single electron source for electron optics whose aim is to perform quantum optics tasks with electrons instead of photons. The minimal excitations states, now called levitons, have been produced in recent experiments [6] and have triggered a large number of theoretical works. They have enabled Hong Ou Mandel like experiments [6] with electrons and single electron quantum Tomography [7]. Extension to fractionally charged anyons is possible.
At the root of the minimal excitation property is a specific single side band modulation of the electron wave by the Lorentzian voltage pulse. This property can be applied to classical electromagnetic or acoustic waves for applications in digital communication [8] or in music sound synthesis.
[1] G. B. Lesovik, JETP Letters, 49 (9), 592-594 (1989).
[2] L.S. Levitov, G.B. Lesovik, Charge-transport statistics in quantum conductors, JETP Lett., 55 (9), 555-559 (1992).
[3] A. Ivanov, H.W. Lee, L.S. Levitov, Coherent states of alternating current, Phys. Rev. B 56(11), 6839-6850 (1997); cond-mat/9501040
[4] L.S. Levitov, H. Lee, G.B. Lesovik, Electron Counting Statistics and Coherent States of Electric Current, J. Math. Phys., 37(10), 4845-4866 (1996); cond-mat/9607137.
[5] J. Keeling, I. Klich, and L. S. Levitov, Minimal Excitation States of Electrons in One-Dimensional Wires, Phys. Rev. Lett. 97, 116403 (2006).
[6] Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons, J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W. Wegscheider, P. Roulleau & D. C. Glattli, Nature, 502, 659–663 (2013).
[7] Quantum tomography of an electron, T. Jullien, P. Roulleau, B. Roche, A. Cavanna, Y. Jin & D. C. Glattli, Nature, 514, 603–607 (2014).
[8] Power Spectrum Density of Single Side Band CPM Using Lorenztian Frequency Pulses, Haïfa Farès, D. Christian Glattli, Yves Louet, Jacques Palicot, Preden Roulleau, and Christophe Moy, IEEE Wireless Communications Letters, 6 (6), 786-789, (2017).

Судьба осколков образования Луны: геофизические следствия Гигантского столкновения

30 мая в 11:30 в ИФП

А.В. Бялко, М.И. Кузьмин (Институт геохимии СО РАН)

Наиболее вероятный сценарий образования Луны дается расчетами Гигантского столкновения (ГС) ПротоЗемли с протопланетой, по массе, близкой Марсу. Исходя из возраста земных и лунных цирконов, ГС произошло 4.4—4.5 млрд. лет назад, на 160—170 млн лет позже взрыва Сверхновой, задавшего изотопный состав Солнечной системы (СС). При ГС на бесконечность уходят газы и силикатные осколки с общей массой порядка 55-70% массы Луны. Однако бесконечность убегающих частиц есть бесконечность в земной системе отсчета, в СС эти осколки выходят на конечные орбиты с периодами как меньше, так и больше года. Важнейшая особенность их орбит в том, что все они проходят через узкую область земной орбиты, где происходило ГС. Там формируется газопылевой струйный поток, с затухающей интенсивностью он существует менее миллиона лет. Численными решениями задачи трех тел рассчитаны многочисленные траектории осколков. Оценены вероятности их столкновений с Землей и Луной в зависимости от времени после ГС, а также попадания в треугольные точки Лагранжа L4 и L5. Важнейшим геофизическим следствием столкновения осколков с Землей является образование земной атмосферы в течение первых сотен лет после ГС из газов, сконденсировавшихся на осколках. Океан образовался из атмосферного водяного пара после охлаждения поверхности ниже критической температуры воды.

Формирование и затухание вихревых течений, генерируемых скрещенными поверхностными волнами

31 мая в 11:30 на ученом совете

Парфеньев В.М., Филатов С.В., Бражников М.Ю., Вергелес С.С., Левченко А.А.

The mass-transport induced by crossed surface waves consists of the Stokes and Euler contributions which are very different in nature. The first contribution is a generalization of Stokes drift for a plane wave in ideal fluid and the second contribution arises due to the fluid viscosity and it is excited by a force applied in the viscous sublayer near the fluid surface. We study the formation and decay of the induced mass-transport theoretically and experimentally and demonstrate that both contributions have different time scales for typical experimental conditions. The evolution of the Euler contribution is described by a diffusion equation, where the fluid kinematic viscosity plays the role of the diffusion coefficient, while the Stokes contribution evolves faster, feeling the additional damping near the system boundaries. The difference becomes more pronounced if the fluid surface is contaminated. We model the effect of contamination by a thin insoluble liquid film presented on the fluid surface with the compression modulus being the only non-zero rheological parameter of the film. Then the Euler contribution into the mass-transport becomes parametrically larger and the evolution of the Stokes contribution becomes parametrically faster. The parameter is the same in both cases and it is equal to the quality factor of surfaces waves, which is modified by the presence of a surface film. We infer the value of the compression modulus of the film by fitting the results of transient measurements of eddy currents and demonstrate that the obtained value leads to the correct ratio of amplitudes of horizontal and vertical velocities of the wave motion and is in reasonable agreement with the measured dissipation rate of surface waves.

Эксперимент Бернулли с перезапуском

31 мая в 11:30 на ученом совете

С.А. Белан

Как известно, перезапуск стохастического процесса может существенно сократить среднее время требуемое для его завершения. Этот эффект широко применяется для ускорения стохастических алгоритмов поиска и потенциально может быть использован для повышения скорости протекания химических реакций. Однако, в ряде случаев интерес представляет не длительность процесса, а то по какому сценарию этот процесс завершился. В докладе будет показано, как перезапуск влияет на вероятности реализации различных исходов стохастических процессов типа эксперимента Бернулли, то есть процессов с двумя альтернативными сценариями завершения. Особое внимание будет уделено классу задач, где специальным образом подобранная частота перезапуска максимизирует шансы на получение желаемого исхода. Проведенный анализ демонстрирует, что оптимально перезапускаемые процессы обладают рядом универсальных особенностей.

Термальный эффект Холла как топологический инвараинт

7 июня в 11:30 на ученом совете

Лев Сподынейко

Parallel SPH modeling using dynamic domain decomposition and load balancing displacement of Voronoi subdomains

14 июня в 11:30 на ученом совете

Maria S. Egorova, Sergey A. Dyachkov, Anatoliy N. Parshikov, Vasily V. Zhakhovsky

A highly adaptive load balancing algorithm for parallel simulations using particle methods, such as molecular dynamics and smoothed particle hydrodynamics (SPH), is developed. Our algorithm is based on the dynamic spatial decomposition of simulated material samples between Voronoi subdomains, where each subdomain with all its particles is handled by a single computational process which is typically run on a single CPU core of a multiprocessor computing cluster. The algorithm displaces the positions of neighbor Voronoi subdomains in accordance with the local load imbalance between the corresponding processes. It results in particle transfers from heavy-loaded processes to less-loaded ones. Iteration of the algorithm puts into alignment the processor loads. Convergence to a well-balanced decomposition from imbalanced one is improved by the usage of multi-body terms in the balancing displacements. The high adaptability of the balancing algorithm to simulation conditions is illustrated by SPH modeling of the dynamic behavior of materials under extreme conditions, which are characterized by large pressure and velocity gradients, as a result of which the spatial distribution of particles varies greatly in time. The higher parallel efficiency of our algorithm in such conditions is demonstrated by comparison with the corresponding static decomposition of the computational domain. Our algorithm shows almost perfect strong scalability in tests using from tens to several thousand processes.
Publications: arXiv:1805.05128v2 [physics.comp-ph] ; Computer Physics Communications, Volume 234, January 2019, Pages 112-125

Двух-жидкостные явления в жидкостях Латтинжера

21 июня в 11:30 на ученом совете

Антон Андреев