Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики
ISSN (print): 0370-274X Учредитель: Институт физических проблем им. П.Л. Капицы РАН Главный редактор: Пудалов Владимир Моисеевич Периодичность / доступ: 24 выпуска в год / подписка Входит в: Белый список (1 уровень), перечень ВАК, РИНЦ
Направляя рукопись статьи издателю для публикации в данном журнале, авторы соглашаются со следующим: авторы сохраняют за собой имущественные авторские права на произведение и предоставляют издателю исключительную лицензию на публикацию и распространение произведения; авторы сохраняют за собой право на распространение произведения в соответствии с условиями политики самоархивирования, принятой в журнале (см. подробнее); направляемая авторами в редакцию рукопись будет принята к публикации только по решению редакционной коллегии и главного редактора — в соответствии с правилами отбора контента в данном журнале (см. подробнее); опубликованное в журнале произведение будет распространяться в печатном и электронном виде по подписке или на условиях открытого доступа — по усмотрению издателя. Передаваемая авторами исключительная лицензия позволяет издателю использовать произведение следующими способами: воспроизведение Статьи, а также метаданных Статьи в любой материальной форме, в том числе на бумажном и/или электронном носителе в виде отдельного произведения и/или в составе Журнала, и/или базах данных Лицензиата и/или иных лиц, по усмотрению Лицензиата; распространение экземпляров Статьи, а также метаданных Статьи или иное отчуждение ее оригинала или экземпляров, в том числе на бумажном и/или электронном носителе в виде отдельного произведения и/или в составе Журнала, и/или базах данных Лицензиата и/или иных лиц, по усмотрению Лицензиата, в том числе распространение или иным способом использование Статьи или содержащихся в ней частей (фрагментов) для публикации в научных, учебных, технических или профессиональных журналах или других периодических изданиях и производных работах; в печатных и электронных версиях таких журналов, периодических изданий и производных работах во всех средствах и форматах, существующих на данный момент и которые могут возникнуть в будущем; доведение Статьи до всеобщего сведения таким образом, что любое лицо может получить доступ к Статье из любого места и в любое время по собственному выбору; переработка Статьи путем её перевода на иностранные языки по выбору Лицензиата, и использование переработанной (переведенной) Статьи вышеуказанными способами. Иные права, прямо не переданные издателю авторами, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и прочее, описанные авторами в статье, а также права на товарные знаки, сохраняются за авторами. Подробности и детали изложены в типовом лицензионном договоре, который следует заполнить, заверить представителям авторского коллектива и направить издателю вместе с прочими материалами при подаче рукописи статьи на рассмотрение.
Взаимодействие ускорительных нейтрино с ядрами 127I
Изучается взаимодействие нейтрино с энергией до 55 МэВ от ускорителя Spallation Neutron Source (SNS) с перспективным детектором на основе изотопа 127I в Национальной лаборатории в Ок-Ридже, США. Рассчитывается резонансная структура зарядово-обменной силовой функции S(E) с учетом высоколежащих резонансов и ее влияние на сечение захвата ускорительных нейтрино σ(E) ядром 127I. Проанализировано влияние Гамов-Теллеровского резонанса GTR-1 и лежащего выше второго нового резонанса GTR-2 на энергетическую зависимость σ(E). Также впервые учтено влияние высоколежащего аналогового резонанса AR-2. Получено, что при расчетах сечения σ(E) вклад GTR-1 варьируется от 60 % до ≈ 80 %, вклад GTR-2 около 12 %, и вклад от AR-2 не превышает 10%. Проанализирован вклад высоколежащих резонансов в сечение захвата нейтрино с эмиссией нейтронов (ν, n) и (ν, 2n) с образованием изотопов 126I и 125I. Сравнения проведенных разными методами расчетов сечений взаимодействия ускорительных нейтрино с экспериментальными данными, показали совпадение при энергиях до отрыва нейтрона Ex < S1n и сильное расхождение при больших энергиях, что трудно объяснить. Необходимо новое измерение сечений при энергиях Ex < S1n.
Уточнение расчетов ab initio наблюдаемых ядер с A = 6 методами машинного обучения
Метод экстраполяции результатов вариационных расчетов на большие модельные пространства на основе машинного обучения ансамбля искусственных нейронных сетей применен к исследованию свойств ядер с A = 6. На основе расчетов ab initio в модели оболочек без инертного кора с NN-взаимодействием Daejeon16 проведена экстраполяция энергий и среднеквадратичных радиусов распределений точечных протонов, нейтронов и нуклонов (материи) основных состояний ядер 6Не и 6Li. Впервые проведена экстраполяция энергий и среднеквадратичных радиусов резонансных состояний ядер: основного состояния ядра 6Be и возбужденных состояний (0+, 1) и (3+, 0) ядра 6Li.
Об уточнении теории первичной рекомбинации и проблеме напряжения Хаббла
Значения постоянной Хаббла, полученные по данным ранней и поздней Вселенной, различаются на 10 %, что составляет порядка пяти стандартных отклонений. Данные, полученные коллаборацией DESI, могут помочь решить эту проблему. Эти данные очень хорошо согласуются с полученным ранее уточнением стандартной теории рекомбинации, и значением постоянной Хаббла H0 = 73.5 км/с/Мпк по измерениям в поздней Вселенной.
Влияние ионизирующего излучения на электростатические свойства золотых наночастиц
В данной работе с помощью Монте-Карло моделирования в программном пакете GEANT4 произведена численная оценка влияния γ-излучения типичных коммерческих медицинских источников на базе рентгеновских трубок и линейных ускорителей на электростатические свойства радиосенсибилизирующих золотых наночастиц, находящихся в тканеподобной среде. Показано, что для реалистических доз облучения существенная доля золотых наночастиц, вплоть до ∼ 10-1, может, по крайней мере, временно изменять свой поверхностный заряд достаточно сильно для перехода анионных золотых наночастиц в катионные, что может приводить к цитотоксическим эффектам.
Релаксация одиночного атома в поле широкополосного сжатого света
Излучение квантовой частицы в термостатном электромагнитном поле с ненулевой плотностью фотонов рассмотрено в условиях, когда значительно штарковское взаимодействие частицы и поля. Установлены новые фундаментальные эффекты – подавление излучения штарковским взаимодействием в интенсивном широкополосном поле, дополнительный "распадный" сдвиг энергии распадающегося уровня, не связанный с лэмбовским и штарковскими сдвигами уровней. Новый эффект подавления излучения является дополнительным к эффекту подавления релаксации поляризации квантовой частицы в сжатом поле, обнаруженному ранее Гардинером. Новый эффект может проявляться независимо от установленного Гардинером.
Метастабильные состояния, гистерезис и медленная динамика на водном интерфейсе стекла, выявленные с помощью микроскопии генерации второй гармоники
Интерфейсы стекло/вода лежат в основе электрокинетики, микрофлюидики и множества экспериментов в области физики и биофизики. Однако, несмотря на их повсеместное распространение, их молекулярная структура и электростатические свойства в условиях потока остаются слабо изученными. В данной работе использовалась микроскопия генерации второй гармоники в сочетании со спектроскопией комбинационного рассеяния света для прямого отслеживания динамики поверхностного потенциала водного интерфейса стекла при циклическом изменении рН. Показано возникновение гистерезиса в скорости релаксационных процессов на поверхности стекла при скачкообразных изменениях рН раствора. Эксперименты с циклическими изменениями рН показали, что интерфейс стекла может занимать множество метастабильных зарядовых состояний, при которых поверхностный потенциал постепенно изменяется от −110 мВ до −25 мВ. Такое зависящее от предыстории поведение имеет важное значение в биофизике и физике конденсированных сред, где одиночные молекулы, напоразмерные кристаллы и клетки могут подвергаться влиянию поверхностного потенциала от стеклянных подложек.
Широкополосное преобразование рентгеновского спектра гармоник высокого порядка в синтезированном лазерном поле интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов ближнего и среднего ИК диапазонов в газе
В работе экспериментально показана возможность управления спектром гармоник высокого порядка в диапазоне 50–200 эВ при воздействии пары интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов ближнего (1.24 мкм) и среднего (4.5 мкм) ИК диапазонов. Установлено, что в условиях достижения пиковой интенсивности коротковолнового импульса на уровне 1014 Вт/см2 повышение интенсивности длинноволнового излучения с ∼109 Вт/см2 до ∼1012 Вт/см2 приводит к переходу от дискретного спектра, содержащего суммарные и разностные частоты, к квазинепрерывному уширенному спектру, что объясняется изменением режима воздействия поля среднего ИК диапазона на динамику генерирующего электрона. Полученные результаты демонстрируют перспективы генерации излучения с широким квазинепрерывным спектром вплоть до мягкого рентгеновского диапазона при генерации гармоник высокого порядка синтезированным лазерным полем.
Магнон-фотонная гибридизация мод в структуре электромагнитный резонатор/ферромагнитная пленка
В работе впервые выполнено полное численное моделирование магион-фотонной гибридизации в технологически простой системе на основе пленки железо-иттриевого граната и сверхвысокочастотного резонатора, интегрированного в микрополосковую линию, с использованием пакета ANSYS HFSS. Показано характерное расщепление резонансных частот (антикроссинг), свидетельствующее о реализации режима сильной связи между магнонными и фотонными модами. Получена величина относительного расщепления частот порядка ~ 6 · 10-2. Кроме того, исследовано влияние пространственного положения железо-иттриевого граната резонатора на параметры гибридных состояний и продемонстрирована возможность управления частотой гибридизации за счет подстройки параметров резонатора. Результаты демонстрируют возможность реализации сильной магион-фотонной связи в простой и легко воспроизводимой микрополосковой структуре и могут быть использованы при проектировании сенсоров, перестраиваемых сверхвысокочастотных фильтров и элементов гибридных магнонных или квантовых систем.
Магнитоплазмоны и электронный магнитовук в гидродинамическом режиме электронного транспорта в графепе
Теоретически исследованы поверхностные электромагнитные волны в графепе в гидродинамическом режиме в присутствии постоянного магнитного поля. Получен антисимметричный тензор проводимости графена с учетом пространственной дисперсии. Показано, что пространственная дисперсия приводит к одноосной анизотропии проводимости графена в дополнение к гиротропии графена в магнитном поле. Вычислены дисперсионные, магнитополевые и концентрационные зависимости частоты магнитоплазменно-звуковых волн. При больших волновых векторах магнитоплазменные волны трансформируются в электронный магнитовук с практически линейной зависимостью частоты от волнового вектора. Показано, что влияние магнитогиротропии графена на гибридизацию поляризации магнитоплазмонов уменьшается в квази-электростатическом режиме.
Вязкоупругий резонанс в течении двумерных электронов при реалистичных граничных условиях на краях канала
Построена теория высокочастотных гидродинамических течений двумерных (2D) электронов в образцах наноструктур с малой плотностью дефектов и с краями разной степени неидеальности. Показано, что резонанс в высокочастотных коэффициентах вязкости приводит к зависимости импеданса образца от магнитного поля с острой особенностью, характер которой зависит от типа края: полному прилипанию жидкости к краям отвечает узкий высокий резонанс, увеличение проскальзывания жидкости у краев приводит к сильному уширению пика и уменьшению его амплитуды, а затем к его исчезновению. Таким образом, тип краевых условий является важным фактором, определяющим форму высокочастотных течений 2D электронов. Обсуждаются возможные объяснения аномального магнето-фото-сопротивления, наблюдавшегося в сверхчистых образцах графена и квантовых ямах GaAs, в рамках развитой модели.
Ab initio исследования изобар-аналоговых состояний легких ядер как перспективный метод обогащения и тестирования спектроскопических данных
На базе ab initio подхода – модели оболочек без инертного кора – разработан метод анализа спектров изобар-аналоговых мультиплетов ядер. Исследованы дублеты пятинуклонных резонансных состояний 5He–5Li с E* ≤ 30 МэВ, J ≤ 5/2 и T = 1/2. Для всех табличных уровней этих ядер найдены соответствующие им теоретически рассчитанные уровни. За счет использования результатов расчетов разностей энергий связи изобар-аналоговых пар и их сравнительного анализа с экспериментальными данными существенно расширен список надежно установленных уровней ядер 5He и 5Li, а также доказана необходимость внесения поправок в таблицы спектроскопических данных.
Вынужденное рассеяние Мандельштама–Бриллюэна и оптический пробой воды в одном лазерном импульсе при фокусировке пучка накачки на поверхность
Впервые обнаружено вынужденное рассеяние Мандельштама–Бриллюэна и оптический пробой в одном импульсе в слое воды (30 мм) с излучением спектральной линии водорода Hα 656.27 нм при фокусировке пучка Nd3+ : YAG лазера (532 нм, 10 нс, 0.4 мДж) на поверхность по нормали к ней с мощностью кратно ниже критической мощности самофокусировки 1.7 МВт в воде. При энергии лазерного импульса 0.6 мДж оптический пробой происходит перед развитием вынужденного рассеяния Мандельштама–Бриллюэна, блокируя его. Эксперименты с дополнительным рядом образцов (ацетон, этанол, толуол и CCl4) выявили наличие оптического пробоя с локализацией у поверхности, что подтверждается выбросом капли ударной волной, а также генерацией линии водорода во всех образцах, кроме CCl4, где водород отсутствует в составе вещества. Синергетический механизм нелинейно-оптической компрессии импульса и коллапса пучка с достижением порога пробоя воды обсуждается.
Фотонный спиновый эффект Холла в субволновых дифракционных решетках
Фотонный спиновый эффект Холла в структурах с поверхностным плазмонным резонансом обладает большим потенциалом для различных чувствительных к поляризации приложений и устройств. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование фотонного спинового эффекта Холла в субволновых дифракционных решетках. Используя поляриметрические и оптимизированные методы слабых измерений (weak measurements), продемонстрирован усиленный поверхностным плазмонным резонансом фотонный спиновый эффект Холла, проявляющийся в пространственном разделении циркулярно-поляризованных фотонов с противоположными знаками спиральности (спина) при отражении лазерного пучка от поверхности решетки. Исследовано влияние состояния поляризации падающего лазерного излучения и материала решетки на угловой сдвиг отраженного пучка. Продемонстрировано, что угловой сдвиг может быть изменен со спин-независимого (сдвиг Гуса–Хенкен) на спин-зависимый фотонный спиновый эффект Холла при изменении состояния поляризации падающего пучка. Показано, что состояния поляризации падающего излучения, при которых наблюдается фотонный спиновый эффект Холла в никелевых и серебряных решетках, существенно различаются.
Интерполяция матрицы рассеяния для моделирования резонансных фотонно-кристаллических структур фурье-модальным методом
В статье представлен эффективный алгоритм для расчета спектрально-угловых зависимостей оптических коэффициентов отражения, пропускания и поглощения фотонно-кристаллического слоя, содержащих узкие резонансы, такие как связанные состояния в континууме. Традиционный подход с использованием фурье-модального метода требует проведения прямых вычислений на очень мелкой спектральной сетке для адекватного разрешения таких резонансов, что приводит к значительным вычислительным затратам. Предлагаемый метод позволяет существенно ускорить расчет без потери точности. Его ключевая идея заключается в разделении резонансного слоя на два перезонансных подслоя. Для каждого из этих подслоев матрицы рассеяния рассчитываются лишь на редкой спектральной сетке. Затем выполняется интерполяция элементов этих матриц на требуемую мелкую сетку, и окончательный оптический коэффициент вычисляется уже на ее основе. Показано, что разработанный алгоритм позволяет достичь ускорения вычислений не менее, чем в 4 раза по сравнению с прямым расчетом на мелкой сетке, при этом сохраняя достаточную точность описания резонансных особенностей. Данный подход открывает возможности для быстрого и точного дизайна составных фотонных структур.
Некоторые фундаментальные и прикладные аспекты случайной лазерной генерации (Минмобзор)
В данной статье представлен обзор последних достижений в области случайной лазерной генерации в пространственно-неоднородных системах. Основное внимание уделяется случайным рамановским лазерам, генерации второй гармоники и генерации многофотонно-возбуждаемого лазерного излучения. В статье рассматриваются как фундаментальные принципы случайной лазерной генерации, так и наиболее интересные практические приложения, в частности, связанные с использованием случайных лазеров в качестве источников излучения для получения высококачественных изображений без спеклов, а также с медицинскими приложениями для диагностики и терапии. Также представлены недавние экспериментальные результаты авторов, в частности, по временным характеристикам случайного рамановского лазерного излучения.
Запись и воспроизведение однофотонных состояний, генерируемых в режиме спонтанного параметрического рассеяния, в квантовой памяти на основе кристалла Eu:YSO
В данной работе продемонстрировано хранение одиночных фотонов, генерируемых в режиме невырожденного спонтанного параметрического рассеяния в резонаторе с кристаллом PPKTP, в квантовой памяти на основе атомной частотной гребенки в кристалле Eu:YSO. Отработана методика приготовления спектральных профилей в линии поглощения применного кристалла, согласованных со спектром однофотонного излучения. Для времен хранения 250 и 166 нс были получены эффективности квантовой памяти 3 и 7 % при соотношениях сигнал/шум 1/4 и 1/2 соответственно.
Генерация широкополосных фемтосекундных импульсов среднего инфракрасного диапазона путем генерации разностной частоты импульсов титан-сапфирового лазера в кристалле BaGa2GeS6
Экспериментально исследована генерация разностной частоты 100-фемтосекундных импульсов титан-сапфирового лазера в область длин волн 5–10 мкм в нелинейном кристалле BaGa2GeS6, который показал себя одним из лучших для получения предельно коротких лазерных импульсов в этом спектральном диапазоне. Максимальная энергия лазерного импульса с центральной длиной волны 6 мкм и шириной спектра около половины октавы составила 14 мкДж. Экспериментально показано, что вариация энергии лазерного импульса до филамента, формирующего сигнальную волну, не влияет на энергию импульса излучения разностной частоты, если уширение достигает требуемого частотного сдвига.
Кросс-корреляции в процессе неупругого рассеяния бихроматической накачки на Ξ-системе
В данном письме для трехуровневой Ξ-системы, подвергнутой воздействию резонансного бихроматического возбуждения, исследованы вклады кросс-корреляционных функций в спектр резонансной флуоресценции, включающие в себя последовательное испускание двух фотонов с каждого из возбужденных уровней. Кросс-корреляционные функции демонстрируют взаимную когерентность излучаемых частотно разнесенных полей. Рассмотрен вклад в рассеянное излучение при наличии нестационарных процессов. Показано, что процессы, дающие вклад в кросс-корреляцию, определяют группировку фотонов с обоих возбужденных переходов.
К механизму запуска плазменного выброса на установках плазменного фокуса
Проведенное нами детальное исследование области запуска плазменного выброса на установках плазменного фокуса показало, что источником выброса является лишь малая область в верхней части сходящейся токонесущей плазменной оболочки, которая активизируется при этом только после резкого падения тока, протекающего в оболочке. В работе также обсуждаются возможные причины, приводящие к тому, что эта область выполняет роль "центральной машины", подобной той, которая реализуется в молодых звездных объектах.
Линейная и нелинейная оптическая микроскопия структур на основе феррита–граната (Миниобзор)
Представлен обзор недавних исследований оптических, магнитологических и нелинейно-оптических эффектов в эпитаксиальных пленках феррита-граната и массивах металлических ферромагнитных наночастиц на их поверхности. Показана возможность визуализации поверхностной доменной структуры граната методом микроскопии второй и третьей оптической гармоники. Проанализирована роль метаповерхностей в формировании квадратичного нелинейно-оптического отклика составной структуры на микро- и макромасштабе. Продемонстрирована возможность шиннига доменных стенок в гранате металлическими ферромагнитными метаповерхностями, нанесенными поверх него, а также визуализация такого шиннига оптическими методами с помощью поляризационной микроскопии и анализа дифракции лазерного излучения на доменах.
Орбитальный магнетизм в Sr2VO4: конкуренция антиферрооктупольного и ферромагнитного упорядочений
Выведена эффективная модель типа Кугеля–Хомского, применимая к описанию магнитного и орбитального порядка в соединении Sr2VO4. Для случая бесконечно большого параметра кристаллического поля (разница энергий xy- и xz, yz-состояний) построена фазовая диаграмма основного состояния в переменных "спин-орбитальное взаимодействие – хундовский обмен". Описан квантовый фазовый переход и выведено уравнение фазовой границы состояния со скрытым магнитным и орбитальным дальним порядком и слабоферромагнитного состояния с сопутствующим согласованным антиферроорбитальным порядком с той же амплитудой. Дано описание этих дальних порядков в терминах октупольных моментов, построенных через компоненты полного момента.
Особенности нагрева при лазерном возбуждении и цитотоксичность наночастиц НfO2–Yb2O3
Исследованы морфология и фазовый состав концентрационного ряда наночастиц НfO2–x мол. % Yb2O3 (x = 0, 5, 10, 15, 30), полученных методом соосаждения. Выполнен сравнительный анализ характеристик теплового излучения, возникающего при возбуждения наночастиц ZrO2–30 мол. % Yb2O3 и HfO2–30 мол. % Yb2O3 лазерным излучением с λexc = 980 нм и высокой плотностью мощности. Проведены исследования цитотоксичности наночастиц HfO2–x мол. % Yb2O3 (x = 15, 30). Показано, что увеличение содержания Yb2O3 в частицах с 15 до 30 мол. % и воздействие на них лазерным излучением с длиной волны 980 нм увеличивает цитотоксическое действие данных частиц в 2 раза в отношении клеточной линии Mh22.