ФИЗИКА

Источником анизотропии реликтового излучения являются космологические возмущения с длиной волны, сравнимой или большей радиуса Хаббла. Вполне резонно полагать, что такие длинноволновые возмущения пришли из эпохи, когда Вселенная была гораздо младше. Начальные возмущения имели квантово-механическую природу и впоследствии усиливались внешним параметрическим гравитационным полем. Таким образом, склярные и тензорные возмущения являются источником информации о ранней Вселенной. В данной статье рассматривается квантово-механическое происхождение начальных возмущений и производится расчет спектров мощности и спектральных индексов скалярных и тензорных возмущений в рамках точных решений уравнений динамики скалярного поля.

Исследуется распределение примеси серебра в объеме поликристаллического оксида магния после спекания при 1690{. }C. Обнаружена аномальная зависимость остаточного содержания серебра от начальной доли оксида. Проведены исследования обнаруженного эффекта в зависимости от размеров частиц оксида магния. При размерах кристаллитов менее 20 [мю]m эффект аномального поведения не обнаруживается.

Методом потенциала нулевого радиуса исследованы особенности спектров двухфотонного поглощения при фотоионизации D{-} - центров в квазинульмерной структуре с дискообразными квантовыми точками. Рассмотрен случай квазистационарных D{-} - состояний в квантовом диске. Показано, что дихроизм двухфотонного примесного поглощения связан с изменением правил отбора для магнитного квантового числа в радиальном направлении, а учет дисперсии характерных размеров квантового диска приводит к размытию линий в спектральной зависимости коэффициента двухфотонного поглощения.

Теоретически исследован процесс фотовозбуждения примесных молекулярных ионов D{-}[2] в квазинульмерной структуре с учетом дисперсии радиуса квантовых точек в условиях внешних электрического и магнитного полей. Выявлен дихроизм примесного электрооптического поглощения, связанный с электронной поляризацией D{-}[2] - центра. Показано, что в магнитном поле имеет место "синий" сдвиг края полосы фотовозбуждения, обусловленный динамикой термов.

Методом потенциала нулевого радиуса в приближении эффективной массы исследована эволюция термов примесного молекулярного иона D{-}[2] в квантовой точке с параболическим потенциалом конфайнмента с изменением внешних электрического и магнитного полей. Показано, что внешнее магнитное поле стабилизирует D{-}[2] -состояние, а внешнее электрическое поле инициирует вырождение термов D{-}[2] - центра в квантовой точке.

Предложен перспективный метод контролируемого роста квантовых точек из коллоидного золота, основанный на трансформации осцилляторного двухъямного потенциала во внешнем электрическом поле.

Получены точные космологические решения в рамках самогравитирующей кинетической нелинейной трехкомпонентной сигма - модели с использованием метода изометрического погружения.

Доказано, что эффективность приемников излучения определяется током обратно-смещенного p-n-перехода этого прибора. В свою очередь ВАХ при обратном смещении определяется термогенерацией с участием ловушек с энергиями термической активации 0, 45 и 0. 53 эВ. На процессы термогенерации с этих ловушек оказывает определяющее влияние эффект Френкеля. Кроме того, важную роль играет электрон-фононное взаимодействие. Без его учета теоретические результаты с экспериментальными не согласуются. Сильное электрон-фононное взаимодействие связано с молекулярной природой центров рекомбинации, которые, как предполагается связаны со сложными комплексами вакансии кислорода.

В рамках модели потенциала нулевого радиуса в адиабатическом приближении исследовано влияние кулоновского взаимодействия на оптические свойства комплекса A {+} + e в квантовой точке, описываемой моделью "жесткой стенки". Аналитически получено дисперсионное уравнение для дырки, локализованной на A {0} -центре. Показано, что изменение квантового состояния электрона приводит к существенному росту энергии связи дырки. В рамках адиабатического приближения, с учетом дисперсии радиуса квантовых точек, получено аналитическое выражение для коэффициента примесного поглощения квазинульмерной структуры с комплексами A {+} + e в случае перехода дырки, локализованной на A {0} -центре, в состоянии дискретного спектра адиабатического потенциала электрона. Выявлено, что адиабатический потенциал электрона приводит к нетривиальной зависимости коэффициента примесного поглощения от среднего радиуса квантовой точки.

Теоретически исследован фотодиэлектрический эффект, связанный с возбуждением примесных комплексов A {+} +e в квазинульмерной структуре. В адиабатическом приближении с учетом дисперсии радиуса квантовых точек получено выражение для спектральной зависимости изменения диэлектрической проницаемости. Показано, что поляризуемость комплекса A {+} +e в дипольном приближении определяется средним радиусом квантовых точек и энергией связи дырки локализованной на A {0}-центре. Найдено, что изменение диэлектрической проницаемости наиболее существенно в случае круговой поляризации света. Проанализирована возможность использования фотодиэлектрического эффекта в качестве эффективного механизма воздействия ИК-излучения на распространения субмиллиметровых волн в полупроводниковых структурах.

Разработан новый метод определения параметров глубоких центров, названный авторами рекомбинационной спектроскопией. Этот метод проверен на рентгеночувствительных приемниках излучения. Показано, что результаты, получаемые путем математической обработки ВАХ p-n -переходов, согласуются с данными емкостных измерений. Определены параметры ряда центров рекомбинации в кремнии, в том числе имеющих энергии термической активации 0, 45 и 0, 53 эВ. Данные центры обладают сильной температурной зависимостью коэффициентов захвата и, по-видимому, связаны с кислородно-вакансионными комплексами в кремнии.

Разработана методика бифуркационного анализа параметрических нестабильностей электромагнитных волн и "длинноволновых" безобменных магнитостатических волн (МСВ) в трехмерных электродинамических структурах с нелинейными пленочными ферритовыми включениями. Проведен бифуркационный анализ параметрического возбуждения МСВ в пленочных ферритовых включениях в резонаторной структуре и рассчитаны пороговые значения амплитуды волны накачки с помощью специального вычислительного алгоритма, позволяющего определять точки бифуркации нелинейного оператора Максвелла с учетом ограничивающих геометрий.

Теоретически исследовано влияние кулоновского взаимодействия на энергетический спектр дырки в комплексе А{+} [2]+ е в квантовой точке, описываемой моделью "жесткой стенки". В модели потенциала нулевого радиуса в адиабатическом приближении получены дисперсионные уравнения для дырки, описывающие g- и u-термы, соответствующие симметричным и антисимметричным состояниям дырки, локализованной на А{0} [2]-центре. Показано, что энергия g-состояния увеличивается при сближении А{0}-центров в комплексе А{+} [2]+ е, а энергия u-состояния уменьшается из-за роста энергии обменного взаимодействия А{0}-центров. Найдено, что положение термов существенно зависит от квантового состояния электрона.

Исследуется управляемость диссипативного туннелирования в системе туннельно-связанных квантовых точек (квантовой молекуле) или системе "игла кантилевера АСМ/СТМ - квантовая точка", моделируемых двухъямным осцилляторным потенциалом, взаимодействующим с термостатом, во внешнем электрическом поле. Полученные результаты качественно соответствуют отдельным экспериментальным ВАХ для системы "платинированная игла кантилевера АСМ/СТМ - циркониевая квантовая точка", полученным в НИФТИ при ННГУ им. Н. И. Лобачевского.

В работе представлены результаты компьютерного моделирования процессов первичной радиационной повреждаемости [альфа]-железа методом молекулярной динамики с использованием расчетного кода FRENKLOW. При моделировании использован многотельный потенциал межатомного взаимодействия. Рассчитаны пороговые энергии смещения для различных кристаллографических направлений, промоделированы каскады смещений для энергий первично выбитого атома от 0, 1 до 20 КэВ и проведены оценки количества дефектов, переживающих рекомбинацию в каскаде, получены результаты по количеству и размерам кластеров вакансий и внедрений, образующихся в таких каскадах.

Рассматривается периодическое гидродинамическое возмущение в пористом пласте, когда движение жидкости подчиняется неравновесному закону фильтрации. Определен вклад временных параметров в релаксационные процессы. Отмечены экстремумы амплитуды давления при прохождении границы областей с различными гидропроводностями через точку наблюдения.

В работе предложена кинетическая модель радиационно ускоренной кластеризации и преципитации примесей в металлах и сплавах. Предложенная модель использована для расчета сдвига температуры хрупко-вязкого перехода корпусов реакторов ВВЭР-440. Получены математические выражения, описывающие влияние плотности потока нейтронов на радиационное охрупчивание.

Теоретически исследовано примесное электрооптическое поглощение в параболической квантовой яме с равномерным распределением примесных центров по координатам. Показано, что квантово-размерный эффект Штарка проявляется в красном смещении края полосы примесного поглощения, а также в значительном увеличении силы осциллятора оптического перехода с ростом напряженности электрического поля.

В рамках модели потенциала нулевого радиуса проведен расчет коэффициента примесного электрооптического поглощения в квазинульмерной структуре с учетом дисперсии радиуса квантовых точек для случая произвольного направления вектора поляризации световой волны по отношению к направлению электрического поля. Показано, что квантово-размерный эффект Штарка проявляется в спектре поглощения квазинульмерной структуры в красном смещении энергии оптических переходов и в дихроизме примесного поглощения света, связанного с изменением правил отбора для осцилляторных квантовых чисел в y- и z-направлениях квантовой точки.

В модели потенциала нулевого радиуса теоретически исследовано примесное поглощение света в квазинульмерной структуре с дискообразными квантовыми точками. Показано, что особенность геометрического и потенциального конфайнмента квантового диска проявляется в пространственной анизотропии энергии связи D{-}-состояния и в существенной зависимости края полосы примесного поглощения от характерных размеров дискообразных квантовых точек.

Рассмотрен эффект резонансной передачи квантовой информации между двумя активированными наночастицами на большие расстояния с учетом запаздывающего диполь-дипольного взаимодействия атомов в поле непрерывного оптического излучения. Выделены два типа процессов передачи квантовой информации, которые связаны либо с изменением фазы локальных индуцированных дипольных моментов кубитов, либо с изменением инверсии в зависимости от интенсивности внешнего оптического излучения, селективно возбуждающего один из кубитов. Показано, что эти процессы могут быть идентифицированы при интерференции осциллирующих квантовых дипольных моментов кубитов. Отмечена значительная роль процессов передачи энергетической квантовой информации в системе ансамблевых кубитов из активированных двухуровневыми атомами наночастиц. Установлено, что процессы передачи фазовой квантовой информации возможны на произвольные расстояния и могут быть использованы в устройствах квантовой коммуникации.

Исследованы морфология поверхности, кристаллическая структура, электрофизические свойства (удельная электропроводность, концентрация и подвижность носителей заряда) и зависимость работы выхода сверхтонких (=8 нм) пленок Hf[x]Si[1-x] и Ni[x]Si[1-x], сформированных методом импульсного лазерного осаждения (ИЛО) на подложках SiO[2]/Si и HfO[2] + SiO[2]/Si, от состава пленок x. Электронографические исследования показали, что сформированные пленки являются аморфными. Шероховатость поверхности пленок составила для Ni[x]Si[1-x] и Hf[x]Si[1-x]0, 23+[-]0, 05 нм и 0, 49+х[-]0, 5 нм, соответственно, и не зависела от x. Работа выхода в слоях Ni[x]Si[1-x] и Hf[x]Si[1-x] варьировалась в пределах 4, 9-5, 0 эВ и 4, 3-4, 8 эВ, соответственно, в зависимости от x. Удельное сопротивление пленок Hf[x]Si[1-x] и Ni[x]Si[1-x] изменяется в пределах (4Х10{-5}) - (2Х10{-3}) Ом {. } см и (5Х10{-6}) - (3Х10{-5}) Ом {. } см, соответственно, в зависимости от x.

Предлагается оригинальный алгоритм стохастического моделирования роста двухкомпонентного кристалла, в состав которого может входить как основное вещество, так и примесь. Показано, что в зависимости от ряда параметров модели возможно получение как равномерного, так и квазипериодического распределения примеси, т. е. формирование зонарной микроструктуры кристалла. Проведен анализ условий, приводящих к неравномерному распределению примеси. Получено качественное согласие результатов моделирования с экспериментальными данными.

Методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) на воздухе исследована зависимость параметров морфологии поверхностных нанокластеров GeSi/Si (001) (размеры, форма, поверхностная плотность, однородность по размерам и пр. ), выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии (СМЛЭ) в среде GeH[4], от параметров технологического процесса выращивания структур (температура подложки, парциальное давление GeH[4] в ростовой камере, время роста). Установлено, что закономерности трансформации морфологии кластеров с увеличением количества осажденного Ge отличаются от таковых для традиционной МЛЭ. Нанокластеры, выращенные в определенных условиях, характеризуются би- и тримодальным распределением по размерам. Определены условия роста, обеспечивающие получение однородных массивов кластеров с заданными геометрическими параметрами.

В импульсных магнитных полях наблюдались квантовые осцилляции прохождения излучения лазера с длиной волны 10, 6 мкм через волновод, представляющий собой два монокристалла висмута, разделенных зазором, сравнимым с длиной волны излучения. Показано, что магнитное поле при межзонных переходах существенным образом влияет на время релаксации.

Разработка мультисенсорных систем для качественного и количественного анализа газового состава окружающей среды с высокой чувствительностью и низким энергопотреблением является актуальной задачей для нефтегазовой промышленности, медицины и т. д. Использование возмущающего электрического воздействия с переменной частотой при заданной рабочей температуре позволяет увеличить чувствительность и селективность элементов мультисенсорных систем. Целью работы является контролируемое изменение проводимости и емкости наноструктур на основе диоксида олова за счет условий получения для определения максимальной чувствительности и селективности сенсоров. Исследованы частотные зависимости емкости наноструктур на основе SiO[2]-SnO[2] при различной массовой доле диоксида олова. Установлено, что в диапазоне частот от 100 Гц до 100 кГц наблюдается степенной вид частотной зависимости емкости с показателем степени n = 0, 3–0, 5 с последующим насыщением в области высоких частот.

Принцип действия приборов наноэлектроники в основном базируется на поверхностных эффектах, что обуславливает интенсивное использование для их создания материалов с развитой поверхностью, к каким относится пористый оксид алюминия. Однако до сих пор отсутствует единая теория, объясняющая рост при различных условиях формирования упорядоченной оксидной структуры на алюминии, определяющей выходные параметры приборов наноэлектроники. Проанализированы основные модели формирования гексагонально-упорядоченной структуры оксида алюминия: физико-геометрическая, коллоидно-электрохимическая, плазменная и механических напряжений.

Экспериментально исследовано действие турбулентного потока на вдуваемую нормально низкоскоростную осесимметричную струю. Получены эмпирические зависимости, описывающие геометрию оси струи в поперечном воздушном потоке. Показано, что линии максимальной температуры и максимальной скорости не совпадают, при этом тепловая ось лежит ниже динамической. Получены эмпирические зависимости, описывающие геометрию динамического и теплового пограничного слоев струи в поперечном потоке.

Предложен механизм образования нанокластеров в объеме микротрещины поверхностного слоя металла в условиях кавитационного режима звукокапиллярного эффекта. Основу механизма составляет представление об электронном обмене между наночастицами посредством диссипативного туннелирования с последующим образованием диполей. Показано, что эффективный модуль Юнга наноструктурированной части поверхностного слоя определяется соотношением между темпом туннельных переходов и частотой ультразвуковой волны.

Теоретически исследован кавитационный механизм управления эффективным модулем Юнга поверхностного слоя металла с цепочкой микротрещин при наличии смазывающе-охлаждающих жидкостей с нанодобавками. Проведена модификация формулы Кенига для случая парного взаимодействия наночастиц с учетом дисперсии их характерного размера. Предложена одномерная модель поверхностного слоя металла с цепочкой микротрещин. Показано, что в случае достаточно плотной регулярной цепочки микротрещин эффективный модуль Юнга поверхностного слоя определяется в основном модулем Юнга материала наночастиц.

Работа посвящена моделированию медленного движения вязкоупругой жидкости со свободной поверхностью, реализующейся при входе полимерной жидкости в формующую насадку и выходе из нее. Движение жидкости описывается уравнениями сохранения массы, импульса и энергии, дополненными реологическим уравнением состояния среды Гиесекуза. На основе метода конечных элементов разработан устойчивый численный алгоритм решения задачи. Проведены численные исследования по определению формы выходной струи для различных режимов течения и формы насадки. Исследована картина распределения скорости жидкости, давления, напряжений и температуры при увеличении степени нагрева стенки насадки. Получены численные результаты зависимости эффекта разбухания полимера от параметров реологической модели и температурных факторов.

На основе метода дискретных вихрей разработана математическая модель, вычислительный алгоритм и компьютерная программа для расчета вихревых течений воздуха в щелевых неплотностях аспирационного укрытия, снабженных тонкими козырьками, произвольно расположенными в пространстве. Выявлены закономерности изменения характеристик отрывного течения при установке на входе в щелевую неплотность козырька. Производится сравнение полученных расчетных величин с экспериментальными данными и расчетами, выполненными другими методами. Обсуждается вопрос снижения энергоемкости аспирационных укрытий за счет использования эффекта отрыва струи.

Разработан приближенный метод расчета эффективности многослойных вибродемпфирующих покрытий применительно к несущим конструкциям сложной формы. Конструкция с покрытием рассматривается как многослойная гетерогенная вязкоупругая структура. Метод основан на задании форм собственных колебаний несущей конструкции, локальной аппроксимации этих форм, локальной аппроксимации покрытия на криволинейной поверхности плоским покрытием и вычислении относительного рассеяния энергии с использованием квазистатического приближения для поля деформаций в покрытии. Показана удовлетворительная точность предложенного метода.

Гетерогенная структура рассматривается как трехмерная периодическая структура, в которой выделяется ячейка в виде прямоугольного параллелепипеда (автономного блока) с вязким и сжимаемым неоднородным заполнением. Для автономного блока из решения краевых задач для уравнений Навье-Стокса определяется дескриптор в виде матрицы импеданса. Из условий теоремы Флоке для матрицы импеданса получено характеристическое уравнение определения комплексных постоянных распространения волн в периодической структуре.

Сферическая оболочка с покрытиями рассматривается как многослойная вязкоупругая система. Эффективность демпфирования определяется по результатам динамического расчета свободных колебаний гетерогенной системы. Исследовано влияние параметров и места расположения покрытий на характеристику демпфирования оболочки. Результаты исследований могут быть использованы при практическом проектировании вибродемпфирующих покрытий.

Гетерогенная структура расчленяется условными границами на подобласти в виде прямоугольных параллелепипедов с неоднородным заполнением, которые рассматриваются как автономные блоки, для которых из решения краевых задач определяются дескрипторы - математические описания в виде матриц импеданса или рассеяния. Решение волновой задачи для гетерогенных структур ищется как объединение дескрипторов автономных блоков по правилам, которые следуют из уравнения непрерывности.

Разработана математическая модель распространения электромагнитных волн в гиромагнитных наноструктурированных средах на основе декомпозиционного подхода с применением автономных блоков (АБ) с магнитными нановключениями и каналами Флоке. Получено характеристическое уравнение для определения постоянных распространения волн в трехмерной периодической решетке, включающее матрицу расеяния (дескриптор) АБ. Рассчитаны постоянные распространения правополяризованной и левополяризованной волн (при продольном подмагничивании) и обыкновенной и необыкновенной волн (при поперечном подмагничивании), и комплексные значения эффективных электромагнитных параметров магнитного наноматериала.

Рассматриваются и обосновываются подходы к отбору и освоению содержания проблематики современных наукоемких технологий в условиях уровневой подготовки педагогических кадров по физике. Особое внимание уделяется отражению в содержании теоретической и экспериментальной подготовки будущих учителей ключевых концептов нанофизики.

В статье рассмотрены различные виды компьютерного эксперимента, их классификация. Устанавливается соответствие между типом компьютерного эксперимента и задачами, выполняемыми компьютером.

В статье анализируется традиционный для курса общей физики подход к изучению нормальной дисперсии света с помощью гониометра и треугольной призмы. Предложенные направления модернизации традиционной методики реализованы в виде компьютерной лабораторной работы. Даны рекомендации по использованию данной методики в лабораторном практикуме курса общей физики.

Авторами дается описание лабораторного эксперимента, позволяющего исследовать связанные механические колебания, используя визуализацию в виртуальных технологиях.

Приведено описание и результаты выполнения лабораторной работы для изучения механических колебаний и резонанса. Осциллятором служит гальванометр.

В рамках лабораторного практикума по газодинамике, создаваемого в СарФТИ НИЯУ МИФИ, разработана модель динамики простейшей термоядерной мишени для ИТС. В модели в качестве драйвера используется внутренняя энергия воздуха в окружающей среде. В силу безопасности модели работа с ним не требует специальных допусков. Ключевые слова: практикум по газодинамике, динамика термоядерной мишени, ИТС,

В статье рассмотрены ключевые физические идеи, приведшие к экспериментальной верификации бозона Хиггса. Обозначены концептуальные проблемы теории суперсимметрии в контексте данного открытия. Рассмотрена гипотеза о техницветовой природе бозона Хиггса.

В рамках концепции «снизу – вверх» современной наноэлектроники рассматриваются баллистический и диффузионный транспорт фононов и его роль в теплопроводности.

Приведено два решения задачи о формировании электрического и магнитного полей устанавливающимся во времени током: одно на основе уравнений Максвелла, другое с использованием малоизвестных формул О.Д. Ефименко. Эти формулы являются решением уравнений Максвелла и демонстрируют непосредственную зависимость полей E и B от их источников: плотностей заряда ρ и тока j, а также их производных по времени ρ и j. Второй метод, в отличие от первого, доступен студентам, изучающим вводный курс физики, позволяет более просто решать ряд задач электродинамики, и не использует представлений, согласно которым переменное электрическое поле является источником магнитного, а переменное магнитное – источником электрического, которые часто приводят к предрассудкам о природе электромагнитного поля.

Обсуждаются вопросы математического моделирования деформирования образцов пород и, в частности, проблема жесткого и мягкого нагружения. Формулируется обратная задача идентификации механических свойств, граничных условий и геометрии ослаблений с использованием переопределенных условий по замерам смещений и акустической электромагнитной эмиссии, характеризующей разрушение пород под нагрузкой.

Рассмотрена возможность обучения технологии и развития культуры физического эксперимента на примере решения задачи определения показателя преломления порошкообразных твердых тел. Обсуждаются все основные этапы исследования – от постановки эксперимента до окончательной обработки полученных результатов.

Обосновывается необходимость и раскрывается сущность интеграции содержания образования при подготовке педагогических кадров по физике. Показаны возможности реализации интеграции содержания образования на предметной основе проблематики современных наукоемких технологий.

Приводится описание лабораторной установки для измерения разности фаз между внешним переменным полем и полем индукционных токов. Показано, что разность фаз можно определить из отношения амплитуд ЭДС, наведенных в индукционном датчике внешним полем и полем индукционных токов. На основе измерений разности фаз проведено бесконтактное измерение индуктивного и активного сопротивлений исследуемого соленоида.