Центр квантовых метаматериалов – 2023 - итоги года

Опубликовано 11 работ в журналах Q1, в том числе в Nature Physics и Physical Review Letters. Результаты исследований представлены в виде 17 докладов на ведущих международных научных (научно-практических) конференциях в Российской Федерации и за рубежом.

Начата серия совместных исследований с Центром Перспективных Методов Мезофизики и Нанотехнологий, МФТИ, в рамках большого гранта РНФ «Сверхпроводящие функциональные материалы для передовых квантовых технологий».

 Инициирован процесс подписания договоров о сотрудничестве с бразильскими федеральными университетами Пернамбуко и Рио де Жанейро. Начата организация онлайн школы в рамках сотрудничества с университетами Бразилии.

 Организован научный визит профессора федерального университета Рио де Жанейро Мауро Дориа, в рамках которого проведены лекции, семинары и научные дискуссии для студентов, аспирантов и научных сотрудников МИЭМ НИУ ВШЭ.

Главный научный сотрудник Центра, профессор Шаненко А.А. и Директор Центра, профессор Вагов А.В. приняли участие в проведении первой российско-китайской школы для студентов, аспирантов и магистрантов, на базе МФТИ.

 Научные результаты центра:

 Основной целью теоретических исследований Центра Квантовых Метаматериалов являлось изучение квантовых свойств метаматериалов и их связь с различными системными характеристиками такими как пониженная размерность, наличие примесей, детали зонной структуры и другие факторы. 

Были изучены квантовые состояний в монослоях фосфорена. Показано, что такие системы являются полудираковски материалами, носители которых ведут себя релятивистски в одном направлении и нерелятивистски в другом. Исследовано влияние зонной анизотропии на физические свойства таких полудираковских материалов, включая магнитотранспорт, оптическую проводимость, диэлектрическую функцию и термоэлектрические характеристики. [Ф.М. Пеетерс, совместно с коллегами из Ирана]

Были рассчитаны термоэлектрические свойства фосфореновых наноколец при наличии и в отсутствие перпендикулярного магнитного поля. Наши результаты позволяют предположить, что такие нанокольца являются перспективными наноструктурами для термоэлектрических применений. [Ф.М. Пеетерс, совместно с коллегами из Ирана]

Исследовано взаимодействие сверхпроводимости и ферромагнетизма в рамках одного соединения. Доказано существование температурного окна, расположенного между температурами Кюри и критической температуре сверхпроводящего перехода, где эти ферромагнитные сверхпроводники находятся в интертипном режиме. Получена фазовая диаграмма этой системы, характеризующаяся экзотическими конфигурациями пространственных потоков - вихревыми кластерами, цепочками, гигантскими вихрями и вихревыми каплями жидкости - которые отсутствуют в объемных сверхпроводниках как I, так и II типа. Показано, что интертипный режим практически не зависит от микроскопических параметров и может быть достигнут простым изменением температуры. Результаты открывают путь для детальных экспериментальных исследований малоизученной до сих пор межтиповой сверхпроводимости. [А.В. Вагов, А. А. Шаненко, совместно с коллегами из России, Бразилии и Франции]

Исследован феномен динамической самоорганизации вихревой материи в переходных сверхпроводниках под воздействием магнитного поля, температуры и внешнего тока. Полученные результаты полностью совпали с экспериментальными данными для известными для Nb и подобных материалов [А.В. Вагов, А.А. Шаненко, совместно с коллегами из Германии, Франции и Бразилии]. 

Путем исследования пространственных конфигураций промежуточного смешан ного состояния в межтиповом сверхпроводнике показано, что кластеризация вихрей может быть охарактеризована усредненным распределением магнитного поля в образце. Кластеризация проявляется в двухпиковой структуре этого распределения. Результат носят общий характер и не зависит от деталей модели. [А.В. Вагов, Э.Г. Никонов]

Исследовано поведение вихревой материи вблизи кроссовера I-II рода сверхпроводимости путем моделирования молекулярной динамики вихрей в переходном режиме. Исследован переход однородной вихревой решетки в структуру, состоящую из доменов с вихрями и без них. Результаты расчетов показывают устойчивость такого перехода и при этом сильную зависимость от внешнего магнитного поля. [А.В. Вагов, совместно с коллегами из Германии]

В рамках теории Боголюбова-де Жена описано влияние поверхностного потенциала на критическую температуру сверхпроводящего перехода на поверхности образца. Детали поверхности учтены в рамках эффективного потенциала Ланга- Кона. Показано, что сверхпроводимость образца можно контролировать с помощью свойств его поверхности. [М. Кроитору, А.А. Шаненко, совместно с коллегами из Франции]

Исследовано влияние примесей с коррелированным расположением в пространстве на сверхпроводящие свойства. Численные расчеты в рамках микроскопической теории пюоказали, что пространственные корреляции примесей совершенно по-разному влияют на так называемые локальные и глобальные свойства сверхпроводника. Таким образом, степень корреляций можно использовать как еще один параметр контроля сверхпроводимости. [В.Д. Неверов, А.Е. Лукъянов, А. В.Красавин, А.В. Вагов, М. Кроитору]

Исследовано поведение волновой функции куперовской пары в нормальном металле вблизи поверхности метал-сверхпроводник. Результаты показали, что многозонная природа сверхпроводимости существенно влияет на степень затухания волновой функции в нормальном металле. Показано, что эффект сильно зависит от уровня Ферми. Это результат дает возможность настройки таких переходов для практических приложений. [М. Кроитору, А. А. Шаненко, совместно с коллегами из Китая]

Исследовано, как приложенное электрическое поле влияет на интерференционную поверхностную сверхпроводимость. Исследование основано на численном решении самосогласованных уравнений Боголюбова-де Жена для одномерной притягивающей модели Хаббарда. Результаты показали, что характеристики поверхностной сверхпроводимости сильно изменяются в зависимости от приложенного поля. Электрическое поле может вызывать фазовые переходы между сверхпроводящим, металлическим и изолирующим состояниями в тонкопленочных материалах благодаря изменению плотности носителей заряда. [М. Кроитору, А.А. Шаненко, совместно с коллегами из Китая и Бразилии]

Исследована роль квантовых интерференций на поверхностную сверхпроводимость. Показано, что такое усиление может быть очень значительным и достигать 70%. Более того, оно наблюдается в очень широком диапазоне микроскопических параметров материала. [М. Кроитору, совместно с коллегами из Бразилии]

Исследовано влияние генерации поверхностных плазмонов на отражение света от тонкой проводящей пластинки. Было показано, что такая генерация приводит к существенному усилению поглощения света в видимом диапазоне [А.В. Вагов, М. Кроитору совместно с коллегами из Германии и России] 

Разработана методика обработки зашумленных спектральных данных, позволяющая реализовать математически обоснованную селекцию острых пиков сигнала на неизвестном гладком фоне, для которого отсутствует достоверная теоретическая модель. Предлагаемый подход дает алгоритм обработки экспериментальных данных, позволяющий отфильтровывать случайный шум и определять как параметры пиков, так и функцию фона с хорошей точностью. [А.В. Вагов, совместно с коллегами из России]