• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Научно-учебная группа «Моделирование самоорганизующихся структур в макроскопических квантовых системах»

Члены коллектива:

Департамент электронной инженерии: Профессор – Шаненко Аркадий Аркадьевич
Руководитель

Департамент электронной инженерии: Профессор – Васенко Андрей Сергеевич
Заместитель руководителя

Департамент электронной инженерии: Студент – Демченко Александра Александровна
Менеджер проекта, ответственная за ведение сайта

Департамент электронной инженерии: Ассистент – Карабасов Тайржан
Член научной исследовательской группы

Департамент электронной инженерии: Студент БИТ183 – Пашковская Валерия Дмитриевна
Член научной исследовательской группы

Департамент электронной инженерии: Студент ММПН201 – Саматов Михаил Рустамович
Член научной исследовательской группы

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:

Универсальные диаграммы направленности и их взаимообмен в сверхпроводниках между типами I и II
Вихревые взаимодействия и кластеризация в тонких сверхпроводниках
Сверхпроводимость между стандартными типами: Многополосные и однополосные материалы
Joule heating effects in high-transparency Josephson junctions, Phys. Rev. B 104, 134513 (2021)

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

Паттерны Тьюринга на кожном покрове рыбы фугу

Узоры на коже рыбы императорский ангел

Узоры на коже рыбы императорский ангел

Раковина моллюска (Phylum Mollusca)

Раковина моллюска (Phylum Mollusca)

Возникновение паттернов из песчаных дюн

Возникновение паттернов из песчаных дюн

"Ведьмины круги" в полузасушливых областях

"Ведьмины круги" в полузасушливых областях

Узоры на шерсти ягуара

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.

Фазовые переходы в структуре паттернов от твёрдого состояния к жидкому: вихревые распределения в сверхпроводнике между стандартными типами I и II
A. Vagov, S. Wolf, M. D. Croitoru, and A.A. Shanenko, Communications Physics 3, 58 (2020)

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 TTc. 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.

Распределение конденсата Куперовских пар в сверхпроводящей плёнке (вихри видны как белые точки или кружки на синем фоне почти подавленного конденсата)
W. Y. Cordoba-Camacho et al, Phys. Rev. B 94, 054511 (2016)

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":

Презентация Андрея Сергеевича Васенко по теме "FLL transformations: quasiclassical approach"
Андрей Сергеевич Васенко

Фото с первого семинара курса лекций Тейшейра Сарайва Тьяго по уравнению Гинзбурга-Ландау:

Фото с первого семинара курса лекций Тейшейра Сарайва Тьяго по уравнению Гинзбурга-Ландау.

Презентация с первого семинара курса лекций Тейшейра Сарайва Тьяго по уравнению Гинзбурга-Ландау:

Презентация со второго семинара курса лекций Тейшейра Сарайва Тьяго по уравнению Гинзбурга-Ландау:

Презентация с третьего семинара курса лекций Тейшейра Сарайва Тьяго по уравнению Гинзбурга-Ландау:

Презентация с четвертого семинара курса лекций Тейшейра Сарайва Тьяго по уравнению Гинзбурга-Ландау: