Выпуск 4, 2024

А. М. Адельянов, Е. А. Генералов, В. -. Чжэнь, Л. В. Яковенко

Результаты экспериментов в области биофизики часто представлены в виде временных рядов, полученных с небольшим разрешением и не всегда большой длины. В частности, при исследованиях воздействий различных физико-химических факторов на бислойные липидные мембраны обычно измеряются трансмембранные ионные токи и их флуктуации. При этом средние значения и дисперсии токов могут значимо не различаться, и по ним определить характер и степень воздействия затруднительно, поэтому разработка подходов к анализу временных рядов никогда не прекращалась. Попытки использовать энтропию распределений случайных величин при таком анализе предпринимались давно, но в практической работе эти подходы были трудно реализуемы, особенно из-за требований к длине рядов и отсутствию шумов. В последние десятилетия в этой области произошли существенные изменения, и предложено множество новых методов анализа временных рядов с использованием различных модификаций энтропии. В связи с этим появилась потребность в некой сводке методов, основанных на расчете энтропии, с указанием их достоинств и недостатков. Этой цели и служит предлагаемый краткий обзор энтропийных методов анализа скалярных временных рядов, который может быть полезен при анализе экспериментальных данных. В обзоре рассмотрены только некоторые из базовых подходов, на которых основаны дальнейшие усовершенствования алгоритмов расчетов. Понятие энтропии иногда вызывает затруднения у студентов, поэтому обзор может быть полезен и для использования в педагогических целях.

Structural, mechanical, electronic, chemical bonding and optical properties of cubic Cu2O: First-principles calculations

Z. Mu$^1$, H. Y. Jia$^1$, Q. J. Liu$^1$, Z. T. Liu$^2$, Z. X. Bai$^1$

First-principles calculations using the plane-wave ultrasoft pseudopotential technique have been performed to investigate structural parameters, mechanical, electronic, chemical bonding and optical properties of cubic Cu2O. The optimized structure of cubic Cu2O is in good agreement with previous theoretical and experimental work. The calculated independent elastic constants of cubic Cu2O are consistent with previous results. The bulk, shear and Young’s modulus, Poisson coefficient, compressibility, Lamé constants, shear, longitudinal and average sound velocity, Debye temperature of cubic Cu2O are obtained using Voigt–Reuss–Hill method and Debye–Grüneisen model, which are consistent with previous results. Electronic structure and chemical bonding have been calculated and analyzed to describe the electronic properties of cubic Cu2O. Moreover, the complex dielectric function, refractive index and extinction coefficient of cubic Cu2O are gained, which are consistent with previous results.

The structural and electronic properties in monolayer MoS2 with various vacancies: First-principles calculations

Z. Bai$^1$, F. Lu$^1$, Q. Liu$^1$, Z. Liu$^2$

The structural and electronic properties of perfect and defective MoS2 were calculated by first-principles density functional theory. The defect stability has been evaluated using the defect formation energy. The calculated results show that the formation of Mo, S and Mo-S defects requires extra energy. Moreover, the S vacancy is energetically more favorable than the Mo vacancy. After doping, the defect level is introduced into the forbidden band. The defect level in the Mo defect model tends to be the accepter level, while the defect level in the S defect model and Mo-S defect model tends to be the donor level. These three different defect models still maintain the direct band gap characteristics as perfect models. Then, the type of conduction after doping is also analyzed. The projected state density and the charge density of these four models have been further analyzed, showing the positions of defect energy levels and change of chemical bonds.

Д. С. Киреев$^1$, К. Ф. Миннебаев$^2$, В. А. Киселевский$^3$, А. Е. Иешкин$^4$

Аддитивное производство (АП) – современная развивающаяся группа технологий, основанная не на удалении материала, а на послойном выращивании и синтезе объекта по модели САПР (Система автоматизированного проектирования). Основные недостатки объектов, изготавливаемых технологиями АП – высокая степень пористости и шероховатости поверхности. В работе рассмотрена возможность модификации поверхности аддитивных материалов Ti6Al4V и AlSi10Mg с помощью облучения ионами Ar+ с энергиями в диапазоне от 2 до 9 кэВ. С помощью СЭМ получена топография поверхности до и после облучения и механической полировки. Продемонстрировано уменьшение пористости и шероховатости поверхности, а также влияние энергии пучка на итоговый рельеф поверхности.

Ю. В. Грац, П. А. Спирин

Рассматривается эффект поляризации вакуума массивного скалярного поля вблизи точечного источника с дельта-образным потенциалом. Соответствующее взаимодействие вводится в рамках техники, основанной на построении самосопряженных расширений оператора Лапласа. Этот метод введения дельта-образных взаимодействий широко обсуждался в рамках квантовой механики. Мы предлагаем воспользоваться им для исследования вакуумных теоретико-полевых эффектов. В рамках этого подхода получено выражение для перенормированной функции Адамара и перенормированной плотности вакуумной энергии массивного скалярного поля с минимальной связью. Проанализирована зависимость эффекта поляризации вакуума от массы поля.

Ю. В. Чугреев

Новая модель Темной Энергии предложена в рамках плоской фридмановской модели в РТГ с глобальным скалярным полем Φ с квадратичным потенциалом, которое обеспечивает космологическое ускорение в настоящее время и отскок на поздних временах. На стадии сжатия растущая анизотропия казнеровского типа разрушает механизм отскока вблизи Большого Взрыва. Циклическая FLRW –модель в РТГ возможна лишь если добавить в нее некоторые экзотические поля типа галилеонов и т.п. Существует и неосциллирующий сценарий при достаточно малых значениях массы гравитона, когда такие члены существенны только на конечной стадии расширения. На этапе сжатия анизотропия будет расти и плотность вещества достигнет планковской величины.

Д. В. Накашидзе$^1$, А. М. Савченко$^1$, Т. Н. Бакиев$^2$

В работе предложен универсальный способ проведения вычислений в рамках обобщенной статистики, порождаемой параметрическими энтропиями Тсаллиса, Реньи и Шарма–Миттала. Суть метода заключается в использовании вспомогательного гамма-распределения, параметры которого соответствуют тому или иному варианту статистики. Выведены соотношения, позволяющие выразить обобщенную статистическую сумму и среднюю энергию через канонические величины. На примере статистики Реньи продемонстрирована эффективность предложенного метода. Получено распределение Максвелла–Реньи и рассчитаны его характеристики, на основе которых были выдвинуты предположения о возможной природе обобщающего параметра.

А. В. Голда$^1$, А. А. Голубенко$^{1,2}$, М. М. Давыдов$^1$, Е. Л. Исупов$^2$, В. И. Мокеев$^3$, С. А. Савкин$^1$, В. В. Чистякова$^1$

В работе развит метод оценки сечений электророждения K+Λ0 и K+Σ0 на протонах в области инвариантных масс конечных адронов MK + MY < W < 2.65 ГэВ (MK и MY - массы каона и гиперона) и квадратов четырех-импульса виртуальных фотонов, т.н. виртуальностей фотона 0 < Q2 < 5 ГэВ2 на основе экспериментальных данных по сечениям этих эксклюзивных каналов, измеренных на детекторе CLAS в Hall B at Jefferson Lab. Реализован набор алгоритмов для оценки дифференциальных сечений этих каналов, их статистических и систематических неопределенностей. Разработана программа для оценки дифференциальных сечений и структурных функций с применением библиотек C++ и Python. Для интерактивной работы с программой был создан веб-сайт, позволяющий анализировать одномерные и двумерные зависимости структурных функций и дифференциальные сечения. Оценка дифференциальных сечений каналов электророждения K+Λ и K+Σ0 необходима для извлечения структурной функции σLT ′ из данных по поляризационной асимметрии реакций электророждения этих конечных состояний продольно поляризованными электронами. Полученные результаты также важны для развития реалистических Монте-Карло генераторов событий при планировании будущих экспериментов и для оценки эффективности регистрации конечных частиц при извлечении сечений реакций из экспериментальных данных.

С. Е. Стрыгин

Проведен расчет числа неустойчивых комбинаций упругих и стоксовых оптических мод гравитационно-волнового детектора LIGO Voyager, частот и пространственных распределений векторов смещений упругих мод зеркал. Рассчитаны значения коэффициентов перекрытия неустойчивых мод вплоть до оптических мод девятого порядка с учетом азимутального условия параметрической неустойчивости. Выполнен анализ влияния температурной зависимости модуля Юнга материала зеркал на число неустойчивых мод в резонаторе Фабри-Перо.

Е. Р. Бурмистров$^1$, Л. П. Авакянц$^2$

Путем численного самосогласованного решения системы уравнений Шредингера и электронейтральности Пуассона рассчитаны зонные диаграммы светодиодных гетероструктур со множественными квантовыми ямами InxGa1-xN/GaN. Изучено влияние электрон-фононного взаимодействия, непараболичности закона дисперсии и гибридизации волновой функции на значения эффективной массы основных носителей заряда в квантовых ямах InxGa1-xN/GaN. Красное смещение 2Д-плазмонных резонансов связывается с температурной перенормировкой эффективной массы двумерных носителей. Для описания температурной зависимости эффективной массы использована функция смещения 2Д-плазмонной резонансной частоты.

А. В. Харчева$^1$, К. Д. Шмельков$^1$, Ю. Г. Соколовская$^1$, А. В. Иванов$^2$, Н. Е. Борисова$^3$, С. В. Пацаева$^1$

В работе исследованы растворы в ацетонитриле трех смешанных комплексов редкоземельных элементов (тербия и самария) с органическими лигандами с различными пиридиновыми заместителями. С помощью метода спектрофотометрического титрования определены соотношения лигандов и металлов в образовавшихся комплексах, а также рассчитаны константы устойчивости комплексов самария. Проведены измерения спектров поглощения, испускания и возбуждения люминесценции, кинетики люминесценции растворов смешанных комплексов редкоземельных элементов при избытке металла по отношению к лиганду при различных температурах в диапазоне 298-328 К. Впервые обнаружено увеличение интенсивности люминесценции иона самария в комплексах при нагревании. Получены зависимости квантового выхода и времени жизни люминесценции смешанных комплексов от температуры. Предложен термометрический параметр – отношение интегральных интенсивностей люминесценции ионов самария и тербия, и определен коэффициент температурной чувствительности этого параметра для разных комплексов.

П. С. Рыжиков, В. А. Макаров

Используя закон сохранения углового момента электромагнитного поля в виде балансного уравнения, связывающего в непоглощающей среде плотность углового момента, плотность потока углового момента и вызванную анизотропией среды плотность вращательного момента, получены формулы для плотностей орбитальной и спиновой составляющей углового момента и плотностей потоков этих величин в случае взаимодействия монохроматических волн в обладающей пространственной дисперсией непоглощающей среде, демонстрирующей нелинейный оптический отклик n-го порядка на внешнее световое поле. В средах, не обладающих пространственной и частотной дисперсией, полученные выражения совпадают с каноническими выражениями для плотностей орбитальной и спиновой составляющих углового момента, а также плотностей их потоков. Связанные с нелинейностью вещества добавки к наибольшим из компонент спиновых составляющих плотностей углового момента и его потока могут достигать при самофокусировке эллиптически поляризованного лазерного пучка гауссовой формы в изотропной гиротропной среде вблизи области его коллапса десяти процентов от соответствующих линейных частей.

В. А. Киселев$^1$, А. П. Черняев$^2$, Ю. Д. Удалов$^1$, М. А. Белихин$^3$, А. М. Демидова$^1$, С. Е. Гриценко$^1$

Использование пучков ускоренных протонов в дистанционной лучевой терапии онкологических заболеваний предъявляет более высокие требования к точности доставки дозы по сравнению с использованием традиционных фотонных пучков. Существующие методики определения планируемого объема облучения позволяют учитывать только влияние погрешностей позиционирования пациента перед началом облучения. В рамках данной работы приводятся результаты количественного исследования погрешностей доставки пучка системой протонной терапии, которые были использованы для определения планируемого объема облучения. Описывается методика измерения и анализа параметров протонного пучка. Проводится расчет минимально необходимого отступа от клинического объема облучения для гарантии его облучения с учетом погрешностей доставки пучка системой протонной терапии.

Е. Н. Лыкова$^1$, А. А. Щербаков$^{1,2}$, А. П. Стрелковская$^1$, Ф. Р. Студеникин$^{1,2}$, С. А. Гаврилова$^3$, А. П. Черняев$^{1,2}$

МРТ широко применяется при планировании лучевой терапии, в частности в стереотаксической радиохирургии метастазов в головном мозге. В статье рассматривается геометрическая дисторсия МР-изображений, которая может приводить к ошибкам при планировании лучевой терапии. Был проведен ряд экспериментов с простым фантомом на двух томографах с магнитными полями 0,5 Тл и 1,5 Тл. Наблюдались отклонения положения объектов фантома от их реального местоположения. Обнаруженные отклонения могут достигать 5 мм. Построена теоретическая зависимость градиента магнитного поля от расстояния до центра однородности, хорошо согласующаяся с аппроксимацией экспериментальных данных. Произведена оценка зависимости дисторсии площади изображений объектов, расположенных в центре однородности поля, от их реальных размеров. Обнаружено, что отклонение площади может достигать 20%.