Структуры и сингулярности в оптике: от каустик к субволновым масштабам
Структуры и сингулярности в оптике: от каустик к субволновым масштабам
М. И. Трибельский$^1$, Б. С. Лукьянчук$^2$
Дается краткий обзор современного состояния проблемы сингулярностей электромагнитного поля, возникающих при преломлении и рассеянии света материальными объектами. Обсуждение начинается с каустик, возникающих при трассировке лучей в геометрической оптике, и последовательно движется в сторону увеличения точности рассмотрения и уменьшения масштабов, заканчиваясь описанием сингулярностей при рассеянии света субволновыми частицами. Выявляются общие и отличительные черты различного типа сингулярностей, роль симметрии задачи и закона сохранения энергии. Обсуждаются физические основы и способы преодоления дифракционного предела. Теоретическое описание иллюстрируется экспериментальными примерами. Указываются различные практические применения рассматриваемых эффектов.
Показать АннотациюСовременные рентгеновские методы диагностики конденсированных сред
Современные рентгеновские методы диагностики конденсированных сред
А. П. Орешко$^1$, В. А. Бушуев$^1$, М. А. Андреева$^1$, Е. Н. Овчинникова$^1$, Р. А. Баулин$^1$, К. А. Акимова$^1$
Обсуждаются новые рентгеновские методы, позволяющие исследовать, в том числе и в динамике, особенности электронного, ядерного, магнитного, спинового упорядочения в слабопоглощающих биологических объектах и молекулах, наночастицах и атомах на поверхности и внедренных в различные матрицы, многослойных наноструктурах и переходных слоях, нанофасетных поверхностях и пористых материалах, локально анизотропных и локально хиральных средах.
Показать АннотациюНовые горизонты микромагнетизма: электрическое управление топологическими магнитными структурами
Новые горизонты микромагнетизма: электрическое управление топологическими магнитными структурами
А. С. Каминский$^1$, А. А. Карпачева$^1$, Т. Б. Косых$^1$, Н. В. Мясников$^1$, Е. П. Николаева$^1$, А. В. Николаев$^1$, А. П. Пятаков$^1$, А. С. Сергеев$^1$
В магнитоэлектрических веществах к традиционно рассматриваемым взаимодействиям в микромагнетизме --- обменной жесткости, магнитной анизотропии и магнитостатическому взаимодействию следует добавить еще одно слагаемое в термодинамический потенциал, пропорциональное электрическому полю и пространственным производным от вектора намагниченности. Это неоднородное магнитоэлектрическое взаимодействие приводит к изменению энергии границ магнитных доменов, проявляющейся в виде явлений электростатического притяжения или отталкивания магнитных доменных стенок к электродам, их преломления вблизи полосковых электродов, а также в форме электроиндуцированного зарождения цилиндрических магнитных доменов. На субмикронном уровне неоднородное магнитоэлектрическое взаимодействие позволяет электрически воздействовать на неоднородности в доменных границах --– линии Блоха, а также стабилизировать вихревое состояние намагниченности и магнитные скирмионы
Показать АннотациюМагнитоактивные полимерные композиты: достижения и перспективы развития
Магнитоактивные полимерные композиты: достижения и перспективы развития
Т. А. Наджарьян$^{1,2}$, С. А. Костров$^{1,2}$, Е. Ю. Крамаренко$^{1,2}$
Магнитоактивные полимерные композиты – полимерные матрицы с внедренными в них магнитными микро- или/и наночастицами – принадлежат к классу «умных» материалов и привлекают в настоящее время большой фундаментальный и практический интерес. В данной статье основное внимание уделяется магнитоактивным эластомерам (МАЭ), основанным на химически сшитых полимерных системах, исследования которых проводятся на физическом факультете МГУ с конца 90-х годов 20-го века. Дается определение МАЭ и описываются свойства его основных компонентов – полимерной матрицы и магнитных частиц. Приводится обзор физических явлений, обнаруженных в данных материалах при приложении внешнего магнитного поля. Подробно обсуждается влияние состава материала на его магнитный отклик с акцентом на магнито-механических свойствах, которые наиболее важны для практических применений. Анализируются результаты недавних исследований, связанных с созданием новых матриц для МАЭ, влияние формы и распределения магнитных частиц в полимерной матрице, а также современные теоретические подходы к описанию поведения МАЭ во внешнем магнитном поле. В заключении обсуждаются перспективы дальнейшего развития области, связанной с разработкой магнитоактивных полимерных материалов, и перспектив их практического применения.
Показать АннотациюМагнитострикция редкоземельных металлов и редкоземельных интерметаллических сплавов с железом и кобальтом
Магнитострикция редкоземельных металлов и редкоземельных интерметаллических сплавов с железом и кобальтом
Н. Ю. Панкратов$^1$, Г. А. Политова$^{2,3}$, И. С. Терёшина$^1$, С. А. Никитин$^1$
В обзоре приводятся экспериментальные данные и их теоретическое обсуждение для объемной магнитострикции, индуцированной внешним магнитным полем в редкоземельных металлах и сплавах в области магнитных фазовых переходов. Магнитострикция парапроцесса исследовалась выше температуры Кюри. Из этих данных была получена зависимость обменных интегралов от объема элементарной ячейки. Было также обнаружено, что в области магнитного фазового перехода в редкоземельных металлах (РЗМ) и сплавах имеет место гигантская по величине объемная магнитострикция. Установлено, что в бинарных сплавах RСо2 с высоким содержанием РЗМ гигантская объемная магнитострикция обусловлена возрастанием магнитного момента 3d-подрешетки кобальта в магнитных полях выше критического. Показано, что в интерметаллидах типа R2Fe17 гигантская объемная магнитострикция в области температуры Кюри возникает из-за сильной деформационной зависимости как интегралов обменного взаимодействия, так и ширины 3d-электронной зоны.
Показать АннотациюСканирующая зондовая бионаноскопия: методы и аппаратура, результаты и достижения
Сканирующая зондовая бионаноскопия: методы и аппаратура, результаты и достижения
И. В. Яминский
Благодаря изобретению в 1981 году Гердом Биннигом и Хайнрихом Рорером туннельного микроскопа на свет появилась целая индустрия сканирующей зондовой микроскопии с уникальными возможностями и широким спектром аппаратуры для изучения материи с субнанометровым пространственным разрешением в вакууме, на воздухе и в жидкостях. Одним из предметов пристального наблюдения стали объекты живой природы:биомолекулы, вирусы, бактерии, клетки, нервная ткань и пр. Таким образом, появился новый раздел физических измерений – бионаноскопия, сканирующая зондовая микроскопия биологических объектов. Методы, аппаратура, объекты бионаноскопии – предмет настоящей статьи.
Показать АннотациюВихри в пограничных слоях тормозящихся потоков воды и воздуха
Вихри в пограничных слоях тормозящихся потоков воды и воздуха
О. Н. Мельникова
Приведен обзор экспериментальных и численных исследований пограничного слоя потоков воды и воздуха, скорость которых убывает вдоль по течению. Экспериментально установлено, что обратный градиент давления в потоках воды и воздуха приводит к периодическому торможению пограничного слоя плоскопараллельного течения. В процессе торможения деформируется вертикальный профиль скорости: появляется локальный минимум, расположенный между двумя точками перегиба выше вязкого слоя. Показано, что в тонком слое, содержащем верхнюю точку перегиба, плоскопараллельное течение неустойчиво, что подтверждено в эксперименте – в этом слое зафиксировано формирование цилиндрического вихря, при критическом значении обратного градиента давления в конце цикла торможения. Получены параметры цепочки вихрей, исследована деформация вихрей в потоке со сдвигом скорости, воздействие вихрей на подстилающую поверхность. Получены физические механизмы формирования гряд на размываемой поверхности потоком воды и генерации ветровых волн на первоначально плоской поверхности воды, формирования стены воды и грунта в потоках при прорыве плотины.
Показать АннотациюМодели очагов цунами сейсмического происхождения
Модели очагов цунами сейсмического происхождения
М. А. Носов$^{1,2}$, А. В. Большакова$^1$, С. В. Колесов$^1$, К. А. Семенцов$^1$
В обзоре даны базовые представления об очаге землетрясения, представлены эмпирические закономерности, связывающие размеры площадки разрыва, величину подвижки и энергию сейсмических волн с магнитудой землетрясения. Обсуждена сложная и неоднозначная связь между магнитудой землетрясения и интенсивностью цунами по шкале Соловьева-Имамуры. Приведены некоторые эмпирические закономерности, связывающие размеры очага цунами, высоту начального возмущения водной поверхности и энергию цунами с магнитудой землетрясения. На основе аналитического решения задачи о генерации гравитационных волн движениями дна и физических оценок показано, что ведущая роль в генерации волн цунами сейсмическими движениями дна принадлежит остаточным смещениям дна, которые происходят в нормальном к поверхности дна направлении. Описана модель, предполагающая аппроксимацию очага цунамигенного землетрясения прямоугольной площадкой разрыва, а также подход к описанию генерации цунами с использованием данных о структуре подвижки в очаге землетрясения. На основе данных о структуре подвижки в очагах сильных подводных землетрясений (200 источников) найдены эмпирические связи амплитуды смещения дна в очаге цунами, вытесненного объема воды и энергии цунами с моментной магнитудой землетрясения. Показано, что доля энергии землетрясения, переходящая к цунами, растет с увеличением магнитуды и составляет от 0.004% (при ) до 0.1% (при ). Показано, что горизонтальные смещения дна, как правило, обеспечивают дополнительный вклад в вытесненный объем воды и энергию цунами.
Показать АннотациюТомография трёхслойных наноструктур в сканирующей электронной микроскопии в режиме детектирования обратнорассеянных электронов
Томография трёхслойных наноструктур в сканирующей электронной микроскопии в режиме детектирования обратнорассеянных электронов
А. А. Борзунов$^1$, Э. И. Рау$^2$, С. В. Зайцев$^2$, Н. А. Кошев$^{3,4}$, Д. В. Лукьяненко$^{1,5}$, А. Г. Ягола$^1$
В работе предлагается метод решения трёхмерной задачи томографии с использованием данных сканирующего электронного микроскопа в режиме детектирования рассеянных электронов. Исходя из предположения, что образец обладает трёхслойной структурой, построены аналитические выражения для зависимости интенсивности детектируемого сигнала от химического состава образца, толщин слоёв и энергии первичных электронов. На основе полученных аналитических выражений на примере трехслойной (алюминий-золото-кремний) структуры решается обратная задача по восстановлению толщин слоёв алюминия и золота в двух различных постановках, отличающихся между собой типом используемой априорной информации о структуре образца.
Показать АннотациюО сборке матрицы в методе моментов и ее реализации для идеально проводящих тел
О сборке матрицы в методе моментов и ее реализации для идеально проводящих тел
А. А. Викуловская$^{1,2}$, Д. А. Коняев$^{1,2}$
Рассмотрен один из метод решения задачи дифракции электромагнитных волн на идеально проводящих телах и экранах — метод моментов. Приведены основные принципы этого метода, включая сведение задачи к интегро-дифференциальному уравнению электрического типа и использование функций Рао-Вилтона-Глиссона в качестве базисных функций, сделан акцент на аппроксимации интегралов по треугольникам сетки на поверхности проводника. На основе рассмотренного метода приближения интегралов по треугольникам произведено улучшение разработанного ранее программного комплекса, позволяющего решать задачи дифракции на идеально проводящих телах сложной формы в векторном случае. Продемонстрировано, что изменения уменьшили ошибку приближенного решения. Результаты, полученные с помощью разработанного комплекса, хорошо согласуются с аналогичными расчетами на программном комплексе FEKО.
Показать Аннотацию