Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 168, № 5 (2025)
АТОМЫ, МОЛЕКУЛЫ, ОПТИКА
КОГЕРЕНТНОЕ ТУННЕЛИРОВАНИЕ ПРИ АДИАБАТИЧЕСКОМ ПРОХОЖДЕНИИ СВЕТА В ИНТЕГРАЛЬНЫХ ВОЛНОВОДНЫХ СТРУКТУРАХ ИЗ НИТРИДА КРЕМНИЯ
Аннотация
В настоящее время фотонные интегральные структуры на основе нитрида кремния (Si3N4) зарекомендовали себя в качестве перспективной платформы для многочисленных приложений, включая нелинейную и квантовую оптику, спектроскопию и лазерную физику. Планарные волноводы и направленные ответвители, изготовленные по КМОП-совместимой технологии, являются ее основными элементами. В работе продемонстрированы возможности эффективной маршрутизации и передачи света, предоставляемые интегральной планарной волноводной структурой из нитрида кремния на основе метода когерентного туннелирования при адиабатическом прохождении света (метод СТАР, coherent tunneling by adiabatic passage) в телекоммуникационном диапазоне 1.55 мкм. Изучена устойчивость предлагаемой схемы к погрешностям изготовления и найдены оптимальные параметры волноводной структуры. Рассмотрены различные типы волноводов и показано, что эффективное управление светом возможно в системах как с сильной, так и со слабой локализацией света. Выявлены механизмы, ограничивающие эффективность управления светом, и определены доступные параметры таких структур. Показано, что эффект СТАР малочувствителен к состоянию поляризации входной моды, поэтому преобразование мод, присущее изогнутым волноводам, не влияет на процесс передачи света.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):593-602
593-602
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ НА ГРАНИЦЕ ДВУХ ДИЭЛЕКТРИКОВ С ЗЕРКАЛЬНО-СИММЕТРИЧНЫМИ СЕЧЕНИЯМИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
Аннотация
Анализируется возможность существования поверхностной электромагнитной волны в бикристалле, составленном из оптически двусосных диэлектриков следующим образом. Обе части вырезаны из одного и того же кристалла, но ориентированы так, что сечения поверхности показателей преломления сагиттальной плоскостью поверхностной волны в одной части бикристалла зеркально симметричны относительно границы сечениям в другой части. Зеркальную симметрию можно обеспечить тремя способами. Доказано, что при использовании одного из этих способов в бикристалле не существует поверхностной волны, а при другом способе поверхностная волна обязательно существует, исключая, возможно, изолированные направления распространения. В третьем варианте не удается сделать определенный вывод о существовании поверхностной волны. Вместе с тем в бикристалле рассматриваемого типа, составленном из отрицательного оптически одноосного диэлектрика, поверхностной волны не существует ни в одном из вариантов. Если берется одноосный положительный диэлектрик, то тогда существование поверхностной волны определяется теми же условиями, что и в случае оптически двусосного диэлектрика.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):603-612
603-612
МНОГОЭЛЕКТРОННАЯ ИОНИЗАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ И СВЕРХТЯЖЕЛЫХ АТОМОВ ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ С МНОГОЗАРЯДНЫМИ ИОНАМИ
Аннотация
В модели независимых частиц выполнены расчеты сечений многоэлектронной ионизации σm тяжелых и сверхтяжелых атомов многозарядными ионами с зарядами q = 20–91 с одновременным отрывом m, 1 ≤ m < 60, электронов при энергиях ионов E ≈ 100 кэВ/н–20 ГэВ/н. Одноэлектронные вероятности ионизации вычислялись с помощью сечений ионизации электронов всех оболочек атомов в релятивистском борновском приближении. Численные результаты сечений σm представлены для атомов Ne (Z = 10), Ar (Z = 18), Kr (Z = 36), Xe (Z = 54), U (Z = 92), Lr (Z = 103), Nh (Z = 113) и Og (Z = 118) при столкновении с ионами Fe20+, Au24+, Bi67+, Uq+, q = 44–91, в сравнении с имеющимися экспериментальными данными и расчетами других авторов. На основе экспериментальных данных и полученных результатов в модели независимых частиц предложен закон масштабирования сечений σm по заряду налетающего иона q.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):613-623
613-623
ТЕНЗОР ЭНЕРГИИ-ИМПУЛЬСА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В СРЕДЕ С ЧАСТОТНОЙ ДИСПЕРСИЕЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА
Аннотация
Найдены все компоненты тензора энергии-импульса электромагнитного поля в непоглощающей однородной среде со стационарными характеристиками, демонстрирующей линейный отклик на внешнее воздействие и обладающей частотной дисперсией второго порядка. Полученные формулы для плотностей энергии и импульса, а также потоков этих величин, записаны с помощью декартовых компонент электрического поля или, в случае квазимонохроматического электрического поля, декартовых компонент его комплексной амплитуды.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):624-630
624-630
ЯДРА, ЧАСТИЦЫ, ПОЛЯ, ГРАВИТАЦИЯ И АСТРОФИЗИКА
СКАЛЯРНО-ГРАВИТАЦИОННАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ И ЕЕ АСТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Аннотация
Исследована эволюция малых неоднородных сферически-симметричных возмущений космологической модели, основанной на скалярно заряженной идеальной жидкости и скалярном поле Хитса. В неустойчивых точках фоновой модели неустойчивыми становятся и возмущения скалярного поля, в отличие от продольных гравитационных возмущений. Возмущения растут экспоненциально быстро и их характер существенно зависит от фактора скалярного заряда жидкости. В случае скалярно нейтральной жидкости в определенном секторе масс боэонов возмущения в форме стоячих волн растут экспоненциально быстро и неограниченно. В случае же скалярно заряженной жидкости возмущения в форме стоячих колебаний растут до определенного момента времени, после которого принимают форму растущих волн, бегущих к центру возмущения. Оценена возможность нелинейной генерации продольных гравитационных возмущений быстро растущими возмущениями скалярного поля и приведены оценки масс сформированных возмущениями черных дыр.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):631-648
631-648
ПОРЯДОК, БЕСПОРЯДОК И ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ
ВЛИЯНИЕ 2D-НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ВЕЛИЧИНЫ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ НА ФЕРРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС В ТОНКОЙ ПЛЕНКЕ
Аннотация
Исследовано влияние двумерных пространственных неоднородностей величины магнитной анизотропии при фиксированной ориентации ее оси на характеристики ферромагнитного резонанса в тонких магнитных пленках. Рассматриваются случаи неоднородностей величины магнитной анизотропии с легкой осью, направленной перпендикулярно и вдоль плоскости пленки, при различных углах наклона внешнего постоянного магнитного поля. В рамках самосогласованного приближения для вершинной функции [V. A. Ignatchenko and D. S. Polukhin, J. Phys. A 49, 095004 (2016)] получена система уравнений для матричной функции Грина и матричной вершинной функции. Показано, что ширина и асимметрия пика высокочастотной восприимчивости зависят от корреляционного радиуса неоднородностей rc, выбора направления легкой оси анизотропии, вдоль которой флуктуирует ее величина, угла наклона магнитного поля и параметра затухания. Минимальная ширина линии ферромагнитного резонанса достигается при угле наклона намагниченности ϕ0 = 30° и ϕ0 = 60° для неоднородностей с направлением легкой оси перпендикулярно и вдоль плоскости пленки соответственно. При углах, близких к перпендикулярному направлению пленки, наблюдается асимметрия с резким спадом с левой стороны пика, а при углах, близких к направлению плоскости пленки, проявляется противоположная асимметрия — правый склон пика становится более крутым.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):649-665
649-665
Влияние внешнего магнитного поля на динамические и статические свойства анизотропного негейзенберговского магнетика со спином S = 1
Аннотация
Изучено поведение негейзенберговского магнетика с одноионной анизотропией «легкая плоскость» во внешнем магнитном поле, перпендикулярном базисной плоскости. Установлено, что при наличии большого биквадратичного обменного взаимодействия конкуренция одноионной анизотропии и внешнего магнитного поля приводит к образованию «угловой слабо намагниченной» фазы с ненулевым средним магнитным моментом. Показано, что в зависимости от соотношения материальных параметров в системе кроме угловой слабо намагниченной фазы реализуются парамагнитная фаза (при больших значениях магнитного поля) и квадрупольная фаза (при больших значениях константы одноионной анизотропии). Анализ свободной энергии и спектров элементарных возбуждений позволяет построить фазовую диаграмму исследуемой системы и установить тип фазовых переходов.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):666-675
666-675
МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ И ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ ГЕЙСЛЕРА Со–Cu–Mn–Al
Аннотация
Представлены результаты компьютерного моделирования для сплавов Гейслера Co–Cu–Mn–Al. В ходе расчетов были исследованы магнитные свойства и электронная структура сплава CoxCu2–xMnAl при x = 0, 0.5, 1, 1.5, 2. Исследуемые сплавы Co0.5Cu1.5MnAl, CoCuMnAl, Co1.5Cu0.5MnAl проявляют металлические свойства. В свою очередь, Co2MnAl проявляет свойства полуметалла. Было показано, что с увеличением x увеличивался полный магнитный момент системы, и при x = 1.5 его значение составило 4.5µB, поэтому данные сплавы представляют интерес для применения в спинтронике.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):676-681
676-681
МАГНИТНЫЙ ПЕРЕХОД В СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ ε-Fe2O3 С РАЗЛИЧНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ НАНОЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ
Аннотация
Редкая полиморфная модификация оксида железа ε-Fe2O3 демонстрирует большую коэрцитивную силу, примерно 20 кЭ, при комнатной температуре (для наночастиц размером около 20 нм). В диапазоне температур 150–80 К в ε-Fe2O3 происходит магнитный переход, приводящий к изменению ряда характеристик, в том числе к значительному уменьшению коэрцитивной силы. Несмотря на то, что полное понимание причины магнитного перехода отсутствует, известно, что этот переход происходит в несколько этапов при постепенном изменении температуры в диапазоне 80–150 К. Исследования реальных систем на основе ансамблей наночастиц ε-Fe2O3 сталкиваются с влиянием распределения частиц по размерам на параметры магнитных переходов и заметно различающимся поведением крупных и мелких наночастиц. В настоящей работе показано, как можно учесть суперпарамагнитное состояние магнитных моментов мелких (менее 6–7 нм) частиц и выявить особенности поведения намагниченности частиц больших размеров в температурном интервале магнитного перехода. В результате, на основании исследования серии из четырех образцов, содержащих наночастицы ε-Fe2O3 с различными средними размерами и различным соотношением крупных и мелких частиц, обнаружено, что температура, при которой происходит смена этапов магнитного перехода (внутри интервала 80–150 К), зависит от размера частиц. Этот результат, наряду с обнаруженным ранее фактом отсутствия магнитного перехода в частицах ε-Fe2O3 (менее 6–7 нм), является проявлением размерного эффекта в этом полиморфе оксида железа.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):682-691
682-691
ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
ANOMALY OF CRYSTAL LATTICE THERMAL EXPANSION AND BULK MODULUS BEHAVIOR OF δ-PLUTONIUM
Аннотация
Anomalous behavior of thermal expansion and bulk modulus for the face centered cubic phase of metallic plutonium is considered proceeding from the valence-fluctuating nature of the Pu 5f electrons. It is shown that the approach based on the fundamental properties of the systems the ground state of which is a quantum-mechanical superposition of the localized and itinerant electron configurations allows to quantitatively describe temperature dependence of the crystal lattice parameters and bulk moduli for both gallium-stabilized Pu-Ga alloy with fcc structure and unalloyed δ-Pu within the fcc phase existence region.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):692-699
692-699
СТАТИСТИЧЕСКАЯ И НЕЛИНЕЙНАЯ ФИЗИКА, ФИЗИКА "МЯГКОЙ" МАТЕРИИ
РЕЛЯТИВИСТСКИЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В КЛАССИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ ТОКАМАКА — ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ
Аннотация
Рассматривается описанный в работах [1,2] релятивистский эффект, который приводит к полоидальной неоднородности радиального электрического поля в плазме токамака. Этот механизм связан с существенной токовой скоростью электронов в плазме для многих экспериментальных режимов работы токамаков. Представленный механизм приводит к появлению неоднородного радиального электрического поля как внутри, так и вне плазмы с током. Магнитные поверхности плазмы являются эквипотенциальными поверхностями с точки зрения электрического поля. Показано, что их существование не приводит к экранировки возникающей релятивистской полоидальной неоднородности радиального электрического поля, и это не противоречит теореме Гаусса. Предложенный механизм хорошо коррелирует с экспериментальными измерениями радиальных профилей скоростей тороидального вращения ионов углерода C+6 в токамаках Топе-Supra, ASDEX и TCV [3, 4]. Электрические поля разных знаков на внутреннем и внешнем обходах тора, которые появляются снаружи камеры токамака, можно в принципе использовать для умеренного прямого преобразования энергии плазмы токамака в электрическую энергию.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):700-707
700-707
ELECTRON ACCELERATION VIA LOWER-HYBRID DRIFT INSTABILITY IN ASTROPHYSICAL PLASMAS: DEPENDENCE ON PLASMA BETA AND SUPRATHERMAL ELECTRON DISTRIBUTIONS
Аннотация
Density inhomogeneities are ubiquitous in space and astrophysical plasmas, particularly at magnetic reconnection sites, shock fronts, and within compressible turbulence. The gradients associated with these inhomogeneous plasma regions serve as free energy sources that can drive plasma instabilities, including the lower-hybrid drift instability (LHDI). Notably, lower-hybrid waves are frequently observed in magnetized space plasma environments, such as Earth's magnetotail and magnetopause. Previous studies have primarily focused on modeling particle acceleration via LHDI in these regions using a quasilinear approach. This study expands the investigation of LHDI to a broader range of environments, spanning weakly to strongly magnetized media, including interplanetary, interstellar, intergalactic, and intracluster plasmas. To explore the applicability of LHDI in various astrophysical settings, we employ two key parameters: (1) plasma magnetization, characterized by the plasma beta parameter, and (2) the spectral slope of suprathermal electrons following a power-law distribution. Using a quasilinear model, we determine the critical values of plasma beta and spectral slope that enable efficient electron acceleration via LHDI by comparing the rate of growth of instability and the damping rate of the resulting fluctuations. We further analyze the time evolution of the electron distribution function to confirm these critical conditions. Our results indicate that electron acceleration is generally most efficient in low-beta plasmas (β<1). However, the presence of suprathermal electrons significantly enhances electron acceleration via LHDI, even in high-beta plasmas (β>1). Finally, we discuss the astrophysical implications of our findings, highlighting the role of LHDI in electron acceleration across diverse plasma environments.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):708-719
708-719
МОДУЛИ УПРУГОСТИ ГОЛУБЫХ ФАЗ ХОЛЕСТЕРИЧЕСКИХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ СО СЛАБОЙ КИРАЛЬНОСТЬЮ
Аннотация
Развиты новые теоретические подходы описания упругих свойств кубических голубых фаз холестерических жидких кристаллов. Голубые фазы представляют собой трехмерно-периодические киральные жидкости с локальной анизотропией средней ориентации молекул, и из-за своей периодичности они обладают решеточными модулями упругости, присущими обычным кристаллическим телам. Приближение жестких тензоров, хорошо применимое при малом значении параметра киральности (κ ≪ 1), было использовано для вычисления упругих модулей наблюдаемых на эксперименте голубых фаз O8(BP I) и O2 (BP II). Показано, что в одноконстантном приближении для жидкокристаллических модулей Франка (K11 = K22 = K33) кубическая решетка голубых фаз имеет изотропную упругость, причем первый параметр Ламе λL и коэффициент Пуассона ν равны нулю. Найдено, что знак коэффициента Пуассона определяется отношением модулей упругости K0/K1; в частности, при K0 > K1 коэффициент Пуассона отрицателен.
Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2025;168(5):720-733
720-733