Научная учебная группа сформирована в рамках исследовательского проекта «Самоорганизующиеся структуры в макроскопических квантовых системах» № 21-04-041 по конкурсу исследовательских проектов научно-учебных групп Программы «Научный фонд НИУ ВШЭ».
Ведущими участниками коллектива являются профессоры Шаненко Аркадий Аркадьевич и Васенко Андрей Сергеевич, а также студенты Пашковская Валерия Дмитриевна, Карабасов Тайржан, Саматов Михаил Рустамович и Демченко Александра Александровна.
В группе проходят очные и онлайн встречи, проводятся лекции профессоров и привлекаются докладчики-специалисты, близкие к теме исследований. Привлекаются соавторы не из НУГ на том основании, что оба взрослых члена НУГ вели и ведут исследования по данной тематике со своими давними соавторами. К таковым относятся A. Vagov (Bayreuth Universuty, Germany), V. M. Vinokur (Argonne Nat. Lab, USA), A. Golubov (Twente University, Netherlands), Matheus Sarmento (UFPE, Recife, Brazil), Wilmer Cordoba-Camacho (UFPE, Recife, Brazil) и Василий Столяров (МФТИ, Москва). Данные исследователи участвовали и продолжают принимать активное участие в разработке методологии изучения сверхпроводящих паттернов. Сотрудничество с ними осуществляется постоянно на уровне обмена идеями, программными кодами и результатами вычислений. В частности, A. Vagov – соавтор Шаненко А. А. в разработке пертурбативных методов анализа паттернов и поэтому будет привлекаться к работе НУГ. V. M. Vinokur – также давний соавтор Шаненко А. А. в области изучения сверхпроводящих паттернов, чья экспертиза весьма важна для успешного осуществления программы исследований НУГ. A. Golubov – многолетний соавтор Васенко А. С. и Карабасов Тайржан в их исследованиях сверхпроводимости в рамках уравнений Эйленбергера и Узаделя. Matheus Sarmento и Wilmer Cordoba-Camacho – молодые исследователи, которые вместе с Шаненко А. А. изучают явления самоорганизации в сверхпроводимости в течение последних 4 лет. Василий Столяров – это экспериментатор, чей вклад важен в контексте сравнения теории и эксперимента, а также в контексте изучения возможного создания нано-сенсоров, основанных на чувствительности паттернов к внешним параметрам системы. Участие упомянутых специалистов (в том числе и в семинарах) поможет создать интернациональную проекции НУГ, повышающую качество исследований.
Важные статьи:
Информация по теме проекта:
Происхождение сложных систем и вообще механизмы усложнения в природе – одна из наиболее интригующих и важных проблем в современной науке. Мощным инструментом для исследований в этом направлении служит сравнительное изучение спонтанных паттернов в разных системах.
Подобные паттерны известны во многих областях естественных наук, начиная с физики/химии и заканчивая биологией и геологией. В качестве примера можно привести формирование крупномасштабных космологических структур, возникновение песчаных дюн, узоры на шерсти ягуара или зебры, пространственные паттерны в колониях бактерий, причудливые распределения растительности (так называемые "ведьмины круги") в полузасушливых областях Намибии или Австралии и т.д.
Паттерны Тьюринга на кожном покрове рыбы фугу
Узоры на коже рыбы императорский ангел
Раковина моллюска (Phylum Mollusca)
Возникновение паттернов из песчаных дюн
"Ведьмины круги" в полузасушливых областях
Узоры на шерсти ягуара
Долгое время считалось, что нетривиальных примеров самоорганизающихся паттернов в макроскопических квантовых системах нет (если не учитывать ламеллы в сверхпроводниках I рода). Однако недавние исследования ферромагнитных сверхпроводников, а также сверхпроводящего режима между стандартными типами сверхпроводимости I и II (в широком смысле слова, интертипная сверхпроводимость) раскрыли богатое разнообразие наноразмерных спонтанных паттернов, присущих сверхпроводящим системам.
Наша группа исследует феномена самоорганизации и формирования спонтанных паттернов в новых сверхпроводящих материалах и устройствах. Такое исследование имеет не только академический интерес. Паттерны весьма чувствительны к физическим параметрам системы, что позволяет осуществлять хорошо контролируемое управление такими структурами. Это открывает перспективы создания нано-сенсоров, функционирование которых основывается на явлении самоорганизации в квантовых системах.
Описание методик и методов исследования:
Хорошо известно, что теория Гинзбурга-Ландау различает два стандартных типа сверхпроводимости: идеальный диамагнитный тип I и тип II, допускающий смешанное состояние. Смена одного типа на другой происходит, когда параметр Гинзбурга-Ландау κ (отношение глубины магнитного проникновения к характерной длине конденсата) проходит через критическое значение κ = κ0 =0.71.
Ключевым свойством, которое отличает эти типы, является вихревое взаимодействие: оно является отталкивающим для типа II и притягивающим для типа I. При κ = κ0, называемой точкой Богомольного, вихри не взаимодействуют. Это является следствием самодуальности теории Гинзбурга-Ландау, которая в этой точке сводится к паре уравнений Богомольного первого порядка. Самодуальность Богомольного, впервые рассмотренная в контексте абелевой модели Хиггса, приводит к бесконечному вырождению различных вихревых конфигураций, откуда следует отсутствие вихревых взаимодействий. Эти самодуальные конфигурации включают в себя бесконечный набор нестандартных паттернов конденсата-поля и их суперструктуры.
Детальные экспериментальные исследования, а также теоретические расчёты вне теории Гинзбурга-Ландау показывают, что дихотомия типов сверхпроводимости в полной микроскопической теории достигается только в непосредственной окрестности критической температуры T → Tc. При T <Tc, вырождение Богомольного устраняется нелокальными поправками к теории Гинзбурга-Ландау. В результате, точка Богомольного “раскрывается” в конечный зависимый от температуры интервал значений κ, что формирует область между типами I и II на фазовой диаграмме с нетривиальными магнитными свойствами. Когда вырождение снимается, конденсатно-полевые “монстры-паттерны”, спрятанные внутри вырожденного состояния Богомольного, вырываются из “тюрьмы” и задают свойства межтиповой области.
Презентации с некоторых онлайн семинаров НУГ:
Презентация Аркадия Аркадьевича Шаненко по теме "Самоорганизация и теория сложности: спонтанные паттерны в сверхпроводниках":
Презентация Андрея Сергеевича Васенко по теме "FLL transformations: quasiclassical approach":
Фото с первого семинара курса лекций Тейшейра Сарайва Тьяго по уравнению Гинзбурга-Ландау:
