Выпуск 1, 2016

Structural and Physical Properties of Condensed H$_2$O Systems up to 2 GPa: A Brief Review

Yan-Yun Sun$^{1,2}$, Fu-Sheng Liu$^{1,2}$, Li-Hua Xu$^{2}$, Qi-Jun Liu$^{1,2}$, Xiao-Juan Ma$^{1,2}$

The condensed H$_2$O systems at the pressure above 2 GPa are very different from common water. Since they may exist in the deep of some celestial bodies, the research on these H$_2$O systems are essential to the further discussion of the physical states, elements' distribution, geological evolutions and even the origins of these celestial bodies (including our earth). In addition, as the condensed H$_2$O system is one of the main detonation products, the research on it is also significant to the development of the higher performance explosives. As a result, the condensed H$_2$O systems have been extensively studied by several theoretical and experimental methods in recent decades. Many achievements about the systems have been obtained in the last decades, but there are still some open questions. A brief review of the achievements of the structural and physical properties of the condensed H$_2$O systems up to 2 GPa is included in this paper, as well as some open questions about them are also presented herein.

Б.С. Ишханов$^{1,2}$, И.М. Капитонов$^2$, А.А. Кузнецов$^1$, Д.Е. Ланской$^2$, В.Н. Орлин$^1$, Д.Е. Хан$^2$

На основе коллективной и оболочечной моделей атомных ядер исследована зависимость свойств низколежащих возбужденных состояний изотопов Mo от массового числа $A=83-117$. На свойства возбужденных состояний изотопов Mo существенное влияние оказывает изменение формы атомного ядра при увеличении числа нейтронов. В рамках комбинированной модели исследованы каналы распада изовекторного гигантского дипольного резонанса с испусканием протонов и нейтронов. Описаны основные механизмы образования стабильных изотопов Mo в ядерных реакциях в звездах.

Thermodynamic properties of a photon gas confined in hypothetical arbitrary-shaped perfectly reflecting nano-scale geometries

Coskun Firat

In nano scale, thermodynamic properties of gases show difference from those in macro scales. One of the reasons of this difference is the quantum size effects (QSE), which become significant when compared with the thermal de Broglie wavelength of particles to the characteristic length of the system. In this study, thermodynamic behavior of a photon gas confined in a nanoscale domain is examined in terms of QSE. It is obtained that due to quantum size effects the global thermodynamic properties of a photon gas confined in a nano scale domain are different than those in macro scale. The matter of QSE on thermodynamics of substances at micro/nano scale is relatively a new research area and the new findings might lead to significant new applications.

А.А.Быков, К.Е.Ермакова

Предложена и исследована аналитически и численно самосогласованная модель электронной компоненты тонкого токового слоя (ТТС) земной магнитосферы, основанная на понятии натяжения силовых линий. Показано, что модель имеет определенную область применимости, за пределами которой результаты могут быть некорректны; в пределах области корректности модель позволяет значительно увеличить скорость сходимости итерационного алгоритма решения полной самосогласованной модели ТТС, включающей также уравнения Больцмана для ионной компоненты.

А.В. Емельяненко$^1$, В.Ю. Рудяк$^1$, Дж.-Х. Лю$^2$

Мы предлагаем простой метод расчета поля директора в каплях нематических жидких кристаллов (ЖК) любой формы, учитывающий взаимодействие ЖК с поверхностью капли, а также влияние постоянного электрического поля. В отличие от других подходов, предлагаемый в данной работе подход не требует никаких упрощающих предположений относительно структуры поля директора ЖК. Используется континуальная теория упругости, дополненная возможностью рассмотрения точечных и линейных дефектов. Вычисления проводятся методом Монте-Карло на простой прямоугольной решетке. Для учёта граничных условий в каплях сложной формы используется специальная процедура триангуляции. Предлагаемый подход может быть использован для изучения свойств полимер-дисперсных жидкокристаллических материалов (ПДЖК). В работе изучены топологические фазовые переходы в нематическом ЖК 5ЦБ в сферический и эллипсоидальных каплях.

В.Ч. Жуковский, В.С. Фанасков

В рамках теории Янга-Миллса с группой $SU(2)$ методом фонового поля получен однопетлевой эффективный потенциал постоянного хромомагнитного поля и бесконечно тонкого вихря. Обсуждается возможная взаимосвязь между вакуумом Саввиди и спагетти-вакуумом.

П.Н. Николаев

В работе определено положение критической точки, сверхкритической точки и точки максимума флуктуаций на сверхкритической изотерме для системы с потенциалом взаимодействия Леннард-Джонса. Для этого используются известные на настоящее время вириальные коэффициенты для такой системы, а также методы ускоренной сходимости рядов теории возмущений. Полученные результаты сравниваются с данными машинного эксперимента. Установлено, что если в качестве базовой системы использовать систему с положительно определенным потенциалом Викса-Чандлера-Андерсена, то найденные параметры как функции используемого числа вириальных коэффициентов монотонно стремятся к точным значениям. Это выгодно отличает данное разложение от вириального, где стремление не является монотонным. Полученные результаты показывают, что используемый метод дает возможность определить положение всех трех вершин сверхкритического треугольника со степенью точности, соответствующей машинному эксперименту.

И.Ю. Владимиров$^1$, А.Н. Каманин$^2$, Н.И. Пахомов$^2$, В.И. Шведунов$^2$, Т. Кампс$^3$, Й. Волкер$^3$

В статье описывается спектрометр для эксперимента GunLab. Спектрометр состоит из дипольного магнита, флуоресцентного экрана и ПЗС камеры. Спектрометр предназначен для измерения импульса пучка электронов в диапазоне 1-10 МэВ/c с разрешением 0.1%. При помещении перед дипольным магнитом поперечно-отклоняющего ВЧ резонатора система позволяет исследовать продольный фазовый портрет пучка электронов. Особенностью спектрометра является то, что в магнитное поле дипольного магнита помещается датчик Холла, который позволяет с высокой точностью измерять уровень магнитного поля, а следовательно, и импульс пучка электронов.

А.Е. Иешкин$^1$, А.А. Шемухин$^2$, Ю.А. Ермаков$^2$, В.С. Черныш$^{1,2}$

В работе исследовано образование дефектов в пленках кремния на сапфире под действием облучения пучком газовых кластерных ионов аргона с энергией 30 кэВ. С помощью методики обратного резерфордовского рассеяния в режиме каналирования обнаружено образование существенного количества дефектов в объеме образца при облучении не сепарированным по массе пучком кластерных ионов. При удалении из пучка атомарных и легких кластерных ионов осуществляется бездефектное травление образцов.

О.К.Бахова$^1$, А.В.Белинский$^2$

Предложено новое аналитическое решение задачи описания процесса нелинейной параметрической генерации света в резонаторах, значительно более точное, чем известные. Рассмотрены двух- и трехрезонаторные схемы генерации и выявлены критерии их адекватности. Правильность результатов подтверждена компьютерным моделированием.

Д.М. Жигунов$^{1,2}$, О.Р. Абдуллаев$^2$, П.В. Иванников$^3$, Е.М. Шишонок$^4$, С.И. Урбанович$^5$, П.К. Кашкаров$^{1,6}$

Работа посвящена получению и исследованию структурных свойств микропорошков кубического нитрида бора ($c$-BN), активированных ионами редкоземельных элементов европия (Eu), тербия (Tb) и тулия (Tm), а также изучению их фото- и катодолюминесценции. Микропорошки c-BN были синтезированы при давлениях 4 – 6 ГПа и температурах 1800 – 1900 K из порошка гексагонального нитрида бора в присутствии катализаторов. Для активации микропорошков редкоземельными элементами (РЗЭ) в ростовую шихту дополнительно вводилось соответствующее соединение РЗЭ, практический выход процесса составлял около 5% по массе. Состав и структура образцов исследовались с помощью рентгеновской дифрактометрии, растровой электронной микроскопии и энерго-дисперсионной спектрометрии. Результаты изучения полученных микропорошков $c$-BN, $c$-BN:Tm, $c$-BN:Tb и $c$-BN:Eu методом цветной катодолюминесценции наглядно демонстрируют их способность к испусканию света в широком спектральном диапазоне (от фиолетового до красного), что представляет интерес с точки зрения создания новых светоизлучающих устройств, предназначенных для эксплуатации в условиях, связанных с воздействием внешней агрессивной среды. Проведенный анализ спектров фотолюминесценции исследуемых микропорошков $c$-BN:РЗЭ позволил установить принадлежность наблюдаемых полос к соответствующим переходам между энергетическими уровнями РЗЭ, а также определить вероятные положения ионов Tb$^{3+}$ и Eu$^{3+}$ в решетке кубического нитрида бора.

А.А. Горох, Ф.В. Григорьев, Е.В.Каткова, А.В.Сулимов, С.А.Шарапова

Методом классической молекулярной динамики проведено суперкомпьютерное моделирование процесса высокоэнергетического напыления (ion beam sputtering) тонких пленок диоксида кремния. Обсуждаются особенности используемого в рамках программы Lammps метода напыления. Проведен структурный анализ полученной пленки (плотность в зависимости от толщины, радиальная функция распределения, среднее расстояние связи Si-O, концентрация точечных дефектов различных видов).

Л.И. Королева$^1$, А.С. Морозов$^1$, Э.С. Жакин$^1$, И.К. Баташев$^1$, А.М. Балбашов$^2$

На монокристаллическом образце Nd$_{0.5}$Sr$_{0.5}$MnO$_3$, состоящем из кластеров трех типов: антиферромагнитных СЕ-типа c зарядово-орбитальным упорядочением (ниже температуры Нееля $T_{NCE}\sim 145$ K) и А-типа с $Т_{NA}\sim 220$ K, ферромагнитных при 234 ≤ $T$ ≤ 252 К, а ниже температуры Кюри $T_{C} = 248$ K существует ФМ - металлическая фаза, изучены термоэдс $S$, магнетотермоэдс $\Delta S/S$, электросопротивление $\rho$ и магнитосопротивление $\Delta \rho/\rho$ в зависимости от температуры $T$ и магнитного поля $H$. Термоэдс отрицательна, что указывает на преобладающий электронный тип проводимости. На кривых $|S|(Т)$ наблюдается резкий максимум в области температур 100 К ≤ $T$ ≤ 133 К, близких к $T_{NCE}$. В максимуме величина $|S|$ достигает ~ 53 мкВ/K. При дальнейшем повышении температуры величина $|S|$ быстро уменьшается и при 200 К равна 7 мкВ/K. Затем наблюдается небольшое увеличение $S$ и в максимуме: при температуре 254 К, близкой к $T_C$, ее величина равна 15 мкВ/K. Под действием магнитного поля термоэдс уменьшается, то есть наблюдается отрицательная магнетотермоэдс. На кривых $\{\Delta S/S\}(Т)$ наблюдается острый минимум при $T = 130$ К, близкой к $T_{NCE}$, в котором магнетотермоэдс достигает гигантской величины $\sim 45\%$ при $H = 13.23$ кЭ. В районе температуры Кюри наблюдается широкий минимум на кривых$\{\Delta S/S\}(Т)$, при этом в максимальном магнитном поле измерения 13,23 кЭ ее величина достигает также большой величины $\sim 15 \%$. Гигантская величина $|\Delta S/S|$ означает, что нанокластеры зарядово-орбитально упорядоченные или ферронного типа вносят основной вклад в термоэдс всего образца. Поведение кривых $\rho(T)$ и $\{\Delta \rho/\rho\}(Т)$ похоже на поведение $S(Т)$ и $\Delta S/S(Т)$, что согласуется с данным выводом.

Л. Энхтор$^1$, В.М. Силонов$^2$

На примере никеля показана возможность расчета радиальных и тангенциальных силовых постоянных, а также упругих постоянных гранецентрированных кубических (ГЦК) металлов из экспериментально измеренного фононного спектра, теоретически описываемого в рамках модели Де Лане через элементы динамической матрицы $D(q)$. Предложенная методика расчетов является альтернативой модели Борна-Кармана, которая широко практикуется при описании фононного спектра через силовые постоянные межатомного взаимодействия и в расчетах упругих постоянных из фононного спектра. Достоверность полученных значений силовых постоянных проверялась расчетами фононного спектра и упругих постоянных никеля при сравнении с экспериментальными данными.

И.П. Левыкина, В.А. Караваев

Установлены закономерности в изменении кривых индукции флуоресценции хлорофилла а листьев бобов после кратковременного (15 мин) прогрева в диапазоне температур от 24$^\circ$С до 45$^\circ$С. После прогрева при температурах выше 38 ºС наблюдалось резкое уменьшение относительного тушения флуоресценции $(F_{P} –F_{T})/F_{T}$, а также отношения $F_{v} /F_{m}$, что свидетельствует о снижении фотохимической активности фотосистемы 2. Продемонстрирован эффект закаливания растений – повышение устойчивости фотосинтетического аппарата к температуре 43$^\circ$С после предварительного прогрева при 37$^\circ$С.

В.А. Спиридонова$^1$, Т.М. Новикова$^1$, О.В. Снигирев$^2$

Для разработки наносенсорной системы безразделительного иммунного анализа на основе магнитных наночастиц и СКВИД-магнитометра использованы аптамеры, являющиеся функциональными аналогами антител. Селекцией получены ДНК-аптамеры к белку интерлейкин-6, сродство которых к белковой мишени охарактеризовано методом поверхностного плазмонного резонанса. Показано, что биотинилированная форма аптамеров связывается с магнитными наночастицами, функционализированными стрептавидином.

О.Н. Мельникова, К.В. Показеев

В работе получены условия резонансного возбуждения волн на поверхности жидкости горизонтальным потоком воздуха, скорость которого убывает в направлении движения: устойчивые волны возникают при совпадении периода вылета цепочки вихрей, образующихся в вязком слое потока воздуха, и периода свободных колебаний, определяемых дисперсионным соотношением для группы волн. Получена зависимость длин устойчивых волн от скорости потока воздуха над поверхностью чистой воды и воды с пленкой легкой нефти. Полученная модель проверена в эксперименте.