Выпуск № 3 (5), июнь-июль 2023
Содержание номера
|
Раздел 1. Теоретическая электродинамика |
|
|
СЮРПРИЗ МОДЕЛИ ХАББАРДА: КОНКУРЕНЦИЯ МНОЖЕСТВЕННЫХ НИЗКОЛЕЖАЩИХ УПОРЯДОЧЕННЫХ СОСТОЯНИЙ |
стр. 4 - 12 |
|
Аннотация В работе мы обсуждаем конкуренцию низколежащих упорядоченных состояний для модели Хаббарда. Имеющиеся численные и аналитические расчеты, выполненные в различных режимах, однозначно показывают, что для гамильтониана Хаббарда и родственных моделей существует целый набор непохожих друг на друга несверхпроводящих низколежащих состояний с чрезвычайно близкими энергиями. Эти состояния конкурируют между собой за возможность стать «истинным» основным состоянием системы. Мы приводим аргументы в пользу того, что параметры этой конкуренции таковы, что ценность поиска единственного состояния с наименьшей энергией весьма ограничена. Современные результаты требуют пересмотра роли модели Хаббарда (и других подобных упрощенных моделей) в теоретических исследованиях многоэлектронных коррелированных систем. Мы также показываем, что модель Хаббарда со слабым взаимодействием может быть использована как удобный теоретический «полигон» для изучения такой конкуренции. Ключевые слова: модель Хаббарда, основное состояние, легирование, волна спиновой плотности, фазовое расслоение, доменные стенки Abstract In this paper, we discuss the competition of low-lying ordered states in the spectrum of Hubbard model. Available numerical and analytical calculations performed in various regimes show unambiguously that for the Hubbard and similar Hamiltonians, there is a whole set of dissimilar non-superconducting low-lying states with extremely close eigenenergies. These states compete with each other for the opportunity to become the ground state of the system. We argue here that the parameters of this competition are such that the value of finding the single state with the lowest eigenenergy is very limited. Currently available results suggest the need for the re-evaluation of the role played by the Hubbard model (and other related simplified models) in theoretical studies of many-electron correlated systems. We also show that the weak interaction Hubbard model can be used as a convenient theoretical playground for studying such competition. Keywords: Hubbard model, ground state, doping, spin-density wave, phase separation, domain walls |
|
|
ЭФФЕКТИВНОЕ ПОДАВЛЕНИЕ ФАЗОВОГО ШУМА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВНЕШНЕЙ СИЛЫ В ЛИНЕЙНОМ ОСЦИЛЛЯТОРЕ |
стр. 13 - 22 |
|
Аннотация В работе рассматриваются вынужденные колебания линейного осциллятора, взаимодействующего с резервуаром, ответственным за диссипацию и шумовое воздействие. Известно, что в случае линейного осциллятора шумы на значения частоты вынужденных колебаний не влияют, а затухание автокорреляционной функции амплитуды не зависит ни от свойств осциллятора, ни от параметров внешнего воздействия, а определяется только шумами. В работе установлено, что, в отличие от амплитуды осциллятора, существуют определённые значения амплитуды и частоты внешнего поля, а также скорости диссипации осциллятора, которые разделяют два различных режима динамики фазы осциллятора. В первом режиме шумы фазы осциллятора и коэффициент диффузии фазы не зависят от свойств внешней силы и определяются взаимодействием осциллятора с резервуаром. Как следствие, автокорреляционная функция косинуса фазы на больших временах затухает. Во втором режиме коэффициент диффузии фазы становится зависящим не только от взаимодействия с резервуаром, но и от параметров внешней силы. Эта зависимость проявляется в том, что в этом режиме коэффициент диффузии уменьшается на два порядка. Как следствие, на больших временах автокорреляционная функция косинуса фазы не затухает, т.е. система «помнит» начальное значение фазы. На языке уравнения Адлера для фазы показано, что переход от первого режима ко второму происходит, когда эффективный потенциал для фазы становится немонотонной функцией. Ключевые слова: стохастический резонанс, фазовый шум, диффузия фазы, время корреляции фазы, влияние шумов и диссипации на поведение фазы линейного осциллятора Abstract In this work, it is considered forced oscillations of a linear oscillator interacting with a reservoir responsible for dissipation and noise impact. It is known that in the case of a linear oscillator, noise does not affect the frequency of forced oscillations, and the damping of the autocorrelation function of the amplitude does not depend on either the properties of the oscillator or the parameters of the external action, but is determined only by noise. It is shown that, unlike the amplitude of the oscillator, there are certain values of the amplitude and frequency of the external field, as well as the rate of dissipation of the oscillator, which separate two different regimes of the oscillator phase dynamics. In the first regime, the phase noise of the oscillator and the phase diffusion coefficient do not depend on the properties of the external force and are determined by the interaction of the oscillator with the reservoir. As a consequence, the autocorrelation function of the phase cosine decays at large times. In the second regime, the phase diffusion coefficient becomes dependent not only on the interaction with the reservoir, but also on the parameters of the external force. This dependence manifests itself in the fact that in this regime the diffusion coefficient decreases by two orders of magnitude. As a consequence, the autocorrelation function of the phase cosine does not decay at large times; the system "remembers"the initial value of the phase. Using the formalism of the Adler equation for the phase, it is shown that the transition from the first regime to the second one occurs when the effective potential for the phase becomes a nonmonotonic function. Keywords: stochastic resonance, phase noise, phase diffusion, phase correlation time, influence of noises and dissipation on behavior of phase of linear oscillator |
|
|
Раздел 2. Вопросы экспериментальной электродинамики |
|
|
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НЕИДЕАЛЬНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕРКАЛА КОЛЛИМАТОРА МАРК-12 НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯ В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ |
стр. 23-29 |
|
Аннотация
В работе представлен анализ влияния отклонения отражающей поверхности зеркала коллиматора от теоретической на неравномерность распределения поля в рабочей зоне. На основе проведенных подробных исследований состояния поверхности зеркала коллиматора МАРК-12, расположенного в ИТПЭ РАН, разработана компьютерная модель данного зеркала. Проведены расчеты неравномерности распределения поля в рабочей зоне коллиматора для существующей и теоретической поверхности зеркала с использованием метода физической оптики. Определены вклады плавно меняющейся (влияние диаграммы направленности облучателя) и быстро меняющейся составляющих в неравномерность распределения поля в рабочей зоне. Ключевые слова:компактный полигон, зеркальный коллиматор, рабочая зона, распределение поля, среднеквадратичная ошибка Abstract The paper presents an analysis of the influence of the imperfection of the collimator reflector surface on the uneven distribution of the field in the quiet zone. The imperfection of the collimator reflector surface is called the deviation of the reflecting surface from the theoretical one. Based on the detailed studies of the structure of the reflector surface of the MARK-12 collimator located at ITAE RAS, a computer model of this reflector has been developed. Calculations of the uneven of the field distribution in the quiet zone of the collimator for the existing and theoretical reflector surfaces were carried out using the method of physical optics. The contributions of the taper (influence of the radiation pattern of the irradiator) and ripple components to the uneven distribution of the field in the quiet zone are determined. Keywords: compact range, reflector, quiet zone, field distribution, root mean square |
|
|
Раздел 3. Взаимодействие электромагнитного поля с материалами |
|
|
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИГАНТСКОГО КОМБИНАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МОЛЕКУЛ В СФЕРИЧЕСКОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКЕ |
стр. 30 - 37 |
|
Аннотация
Проведено компьютерное моделирование излучения молекул, помещенных в металлическую оболочку. Модель качественно описывает усиление излучения от глобул белков, покрытых тонкой серебряной оболочкой. Модель позволяет рассчитать изменение сигнала гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) в зависимости от толщины нанослоя металла поверх глобулы белка. Излучающий молекулярный диполь взаимодействует с металлической оболочкой и возбуждает поверхностные плазмоны. Плазмонные колебания достигают максимума, когда частота диполя близка к плазмон-ному резонансу металлической оболочки, а сам диполь находится вблизи плазмонной оболочки. Показано, что для различных радиусов полусфер существуют толщины серебряной оболочки, позволяющие возбудить дипольные, квадрупольные, октупольные и др. резонансы. При резонансной толщине оболочки моды электрического поля распространяются как по внутренней, так и по внешней границе серебряной оболочки, что приводит к дальнейшему усилению эффекта ГКР. Показано, что для глобул субмикронных размеров резонансное усиление излучения приходится на толщины серебряного покрытия в десятки нанометров, что соответствует толщине непрерывных пленок. Разработанная простая модель качественно описывает усиление ГКР от спайкового белка рецептор связывающего домена (RBD) коронавируса SARS-CoV-2, покрытого тонкой серебряной пленкой. Ключевые слова: плазмонный резонанс, металлическая нанооболочка, усиление излучения, гигантское комбинационное рассеяние, рецептор связывающий домен, коронавирус SARS-CoV-2 Abstract Computer simulation of the radiation of molecules placed in a metal shell is performed. The model qualitatively describes amplification of the radiation from protein globules covered with a thin silver shell. The variation of surface-enhanced Raman scattering (SERS) signal is calculated as function of the thickness of the metal nanolayer deposited over a protein globule. The radiating molecular dipole interacts with the metal shell and excites surface plasmons. The plasmon oscillation reaches its maximum when the frequency of molecular dipole is close to the plasmon resonance of the metal shell, and the dipole itself is located near the plasmon shell. There is thickness of the silver shell hemispheres, which make it possible to excite dipole, quadrupole, octupole, and other plasmon resonances. At the resonant thickness, the electric field modes propagate both along the inner and outer boundaries of the silver shell, which results in the enhancement the SERS effect. It is shown that for submicron-sized globules, the resonant amplification of radiation falls on the silver coating thickness of tens of nanometers, which corresponds to the thickness of continuous films. The developed simple model qualitatively reproduces the enhancement of SERS from the SARS-CoV-2 receptor-binding domain (RBD) spike protein coated with a thin silver film. Keywords: plasmon resonance, metal shell, radiation amplification, giant Raman scattering, receptor binding domain, coronavirus SARS-CoV-2 |
|
|
ОПТИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЕВЫХ ДИСКОВЫХ РЕЗОНАТОРОВ |
стр. 38 - 45 |
|
Аннотация Создана и изучается периодическая система дисковых резонаторов, выполненная из кристаллического кремния с поверхностным нанослоем серебра. Измеренные угловые зависимости коэффициента отражения от дисковых резонаторов демонстрируют глубокие провалы в видимом и инфракрасном диапазонах, причем слабо зависящие от угла падения. Измеренные спектры коэффициента отражения свидетельствуют о возбуждении в периодической системе дисковых резонаторов коллективных плазмонных колебаний, в том числе стоячих волн, усиливающих локальное электромагнитное поле. Проведены работы по измерению сигнала комбинационного рассеяния в системе кремниевых дисковых резонаторов. Сигнал комбинационного рассеяния в системе дисков на частоте возбуждения оптического фонона кремния усилен более чем в 102 раз по отношению к сигналу на гладкой области образца. Результаты картирования сигнала комбинационного рассеяния косвенно демонстрируют распределение усиленных полей комбинационного рассеяния по поверхности системы дисковых резонаторов. Преимуществом предложенной системы дисковых резонаторов является возможность получить воспроизводимый стабильный сигнал комбинационного рассеяния на заданных частотах, которые можно варьировать изменением периода и диаметра дисков. Ключевые слова: плазмонный резонанс, дисковые резонаторы, кремний, гигантское комбинационное рассеяние Abstract A periodic system of disk resonators is researched and developed. The system is made of crystalline silicon with a surface nanolayer of silver. The measured angular dependences of the reflectance of the disk resonators demonstrate deep dips in a wide range of the visible and infrared spectral ranges. The spectrum of the reflectance weakly depends on the angle of incidence. The measured reflectance spectra indicate the excitation of collective plasmon oscillations in the periodic system of disk resonators, including standing waves that amplify the local electromagnetic field. Work has been carried out to measure the Raman signal in a system of silicon disk resonators. The Raman scattering signal in the system of disks at the excitation frequency of the silicon optical phonon is amplified by more than 102 times with respect to the signal on the smooth region of the sample. The results of mapping the Raman signal indirectly demonstrate the distribution of amplified local fields over the entire surface of the system of disk resonators. The advantage of the proposed system of disk resonators is ability to obtain a reproducible stable Raman signal at given frequencies, which can be varied by changing the period and the diameter of the disks. Keywords: plasmon resonance, disk resonators, silicon, SERS |
Ознакомиться с выпуском журнала можно здесь