[ Список сотрудников ]

Лаборатория теоретической физики (ТФ) была создана в 1963 году. Ее руководителем до 2003 г. был профессор В.В. Игнатченко. Исследования лаборатории инициировались экспериментами, проводимыми в Институте. С 2003 года работой лаборатории руководит профессор В.В. Вальков. В лаборатории ТФ успешно развиваются работы по теории квантовых магнетиков, по теории сильно коррелированных систем, по теории высокотемпературной сверхпроводимости, по теории распространения волн различной природы в средах с регулярными и случайными неоднородностями.

Исследования лаборатории были связаны с экспериментальными работами лаборатории физики магнитных явлений (ФМЯ), возглавлявшейся в те годы Л. В. Киренским: теория доменной структуры и процессов перемагничивания, теория спиновых и магнитоупругих волн, теория ЯМР в ферромагнетиках.

Было предсказано явление электронно-ядерного магнитного резонанса в ферромагнетиках; предсказан теоретически и осуществлен экспериментально новый — инверсный — механизм возбуждения спинового эха. Внесен вклад в теорию упорядочения дипольных систем и в теорию нелинейных волн и зарождения стохастичности в динамических системах. Успешное развитие этой тематики привело к выделению из состава лаборатории ТФ в 1973 году лаборатории теории нелинейных процессов под руководством Г. М. Заславского.

Работы по теории резонансного взаимодействия лазерного излучения с веществом были затем продолжены в созданной в 1975 году лаборатории когерентной оптики (А.К. Попов).

В лаборатории успешно развивались работы по квантовой теории магнитного упорядочения в металлах и сплавах; это привело к выделению из ее состава в 1980 году лаборатории теории твердого тела под руководством Е. В. Кузьмина (с 1995 по 2003 год эту лабораторию возглавлял В. В. Вальков).

В настоящее время в лаборатории ТФ ведутся исследования по двум проблемам:

• Исследования в рамках первой проблемы под руководством В. В. Валькова связаны с изучением физических свойств материалов, в которых существенную роль играют сильные квантовые флуктуации, т.е. высокотемпературных сверхпроводников, интерметаллических соединений с тяжелыми фермионами, квантовых магнетиков, веществ с колоссальным магнитосопротивлением. Активно развиваются и используются современные методы теоретического исследования сильно коррелированных систем. Впервые развита теория сверхпроводящей фазы сильно коррелированных фермионов при учете аномальных компонент силового оператора. Обнаружены особенности спектральной теоремы для спектральной интенсивности корреляционных функций в атомном представлении сильно коррелированных систем. Построена квантовая теория двумерного фрустрированного антиферромагнетика с магнитоупругой связью.
• В рамках второй проблемы под руководством В. А. Игнатченко исследуются волны в средах с регулярными и случайными неоднородностями. Развит новый метод исследования влияния неоднородностей на спектр волн в сверхрешетках. Исследован волновой спектр сверхрешеток с произвольной толщиной границ между слоями, и показана возможность измерения этой толщины спектральными методами. Развивается теория обменного сужения линии магнитного резонанса в неоднородном ферромагнетике. Развивается теория связанных магнитоупругих волн в сверхрешетках.

В рамках отмеченных направлений исследований за последние годы получены следующие результаты.

• При учете процессов рассеяния на спиновых флуктуациях развита теория сверхпроводящей фазы с d-типом симметрии параметра порядка, экспериментально наблюдаемая в купратных оксидах. Показано, что при описании спин-флуктуационных процессов рассеяния важную роль играют впервые введенные сотрудниками лаборатории аномальные компоненты силового оператора. Это приводит к модификации уравнений Горькова и существенно сказывается при вычислении аномальных средних в подсистеме фермионов Хаббарда [1].
• Впервые показано, что межузельное кулоновское взаимодействие в Мотт-Хаббардовских диэлектриках приводит к расщеплению нижней хаббардовской зоны (рис. 1) на две подзоны [2,3], как только характерная величина этого взаимодействия становится сравнимой, или превышает кинетическую энергию фермионов Хаббарда. Существенно, что спектральная интенсивность нижней зоны (зоны флуктуационных состояний) зависит от среднеквадратичной флуктуации чисел заполнения и растет при повышении уровня легирования.
• В рамках эффективной модели для двумерной решетке Кондо развита теория сверхпроводящей фазы ансамбля спиновых поляронов. При учете эффективных взаимодействий между такими квазичастицами построена фазовая диаграмма, определяющая область реализации сверхпроводящей фазы [4].
• Для реальной структуры CuO2-плоскости купратных сверхпроводников получена энергетическая структура нелокальных спиновых поляронов и рассмотрена куперовская неустойчивость в ансамбле таких фермиевских квазичастиц. Нелокальный спиновый полярон формируется из-за обменного взаимодействия спинового момента кислородной дырки со спиновыми моментами двух ближайших ионов меди. Вычисленная на основе диаграммной техники амплитуда рассеяния нелокальных спиновых поляронов в куперовском канале показала сильную взаимосвязь спиновых и зарядовых степеней свободы. [5] (рисунок 2).

Рис.1 Схема расщепления энергетических зон сильно коррелированной системы под влиянием одноузельного и межузельного кулоновского взаимодействий электронов.	Рис. 2. Концентрационные зависимости Tc при конечных (сплошная кривая) и нулевых (пунктир) значениях магнитных корреляторов.

• В рамках периодической модели Андерсона в пределе сильных электронных корреляций развита теория сверхпроводящего состояния с s-типом симметрии параметра порядка [6,7] (переход в такое состояние экспериментально наблюдался в недавно открытом тяжелофермионном скуттерудите LaFe4P12. Получены точные представления функций Грина сверхпроводящей фазы через нормальные и аномальные компоненты массового и силового операторов. Показано, что при описании сверхпроводящей фазы существенную роль играют аномальные компоненты силового оператора, отражающие спин-флуктуационные процессы в локализованной подсистеме. В однопетлевом приближении эти компоненты вычислены из решения бесконечной системы интегральных уравнений самосогласования для сверхпроводящей фазы. Численные расчеты показали, что включение процессов рассеяния на спиновых флуктуациях приводит к ренормировке критической температуры до экспериментально наблюдаемой.
• В условиях скоса подрешеток в магнитном поле развита теория антиферромагнитных редкоземельных интерметаллидов с тяжелыми фермионами [8]. При учете перестраивания структуры магнитной подсистемы выявлены низкотемпературные особенности электронной теплоемкости тяжелофермионных антиферромагнетиков с металлическим типом основного состояния [9,10]. Рассчитанные температурные зависимости намагниченности, теплоемкости и константы Зоммерфельда в окрестности точки перехода в антиферромагнитную фазу качественно хорошо коррелируют с экспериментальными данными, полученными для тяжелофермионных антиферромагнетиков PuGa3, Ce2Au2Cd, YbNiSi3, PuPd5Al2.
• Совместно с сотрудниками лаборатории сильных магнитных полей предложена модель шоттковских центров в CuOx цепочках соединения YBa2Cu3O6+x [11], позволившая объяснить экспериментально наблюдаемые особенности изменения низкотемпературной теплоемкости в магнитном поле. Предполагается, что при возрастании концентрации кислорода образуются уединенные ионы меди Cu2+ и пятиионные Cu-O-Cu-O-Cu комплексы, энергетическая структура которых формируется при учете кристаллического поля кубической симметрии с орторомбической добавкой, спин-орбитальным взаимодействием и расщепления в магнитном поле.
• Исследовано влияние взаимных корреляций (кросскорреляций) между 1D и 3D фазовыми неоднородностями на спектральные свойства волн в сверхрешетках. Показано, что положительные кросскорреляции приводят к частичному восстановлению зонного спектра сверхрешеток и уменьшению затухания волн [12,13].
• Исследовано влияние 2D фазовых неоднородностей на высокочастотную восприимчивость сверхрешетки (мультислойной структуры) [14,16]. Обнаружена резкая асимметрия пиков мнимой части функции Грина, соответствующих краям нечетных запрещенных зон: пик, соответствующий меньшей частоте, смещается к центру зоны при росте среднеквадратичных флуктуаций 2D неоднородностей от нуля (сплошная жирная кривая) до максимального значения (сплошная тонкая кривая), в то время как пик с большей частотой с ростом уширяется и резко уменьшается по высоте до полного его исчезновения (рис. 3).

• Исследовано влияние кросскорреляций между неоднородностями параметров гамильтониана на спектр и затухание спиновых [15] и упругих [17] волн. Установлены две закономерности. В первом случае положительные кросскорреляции приводят к большей модификации закона дисперсии и росту затухания волн (рис. 4а), во втором случае – к уменьшению этих характеристик (рис. 4b). Соответственно, отрицательные кросскорреляции в каждом из этих случаев приводят к обратным эффектам.

Рис. 4. Затухание спиновых (а) и упругих (b) волн.

Лаборатория теоретической физики постоянно проводит работу по подготовке кадров высшей квалификации. Сотрудники лаборатории читают лекции в университетах и осуществляют руководство научной работой студентов университетов. Большая часть таких студентов по окончании университета поступают в аспирантуру. За пять прошедших лет было защищено 5 кандидатских диссертаций, у которых руководителями были сотрудники лаборатории. Один из учеников в 2010 году защитил докторскую диссертацию. В настоящее время сотрудники лаборатории руководят научной работой 7 аспирантов. В состав лаборатории теоретической физики входят 5 докторов наук и 3 кандидата физико-математических наук.

Сотрудниками лаборатории в разное время являлись доктора физ.-мат. наук Ю. В. Захаров, Е. В. Кузьмин, Р. Г. Хлебопрос, Г. М. Заславский, В. Е. Шапиро, А. К. Попов, В. И. Цифринович, Г. П. Берман, И. С. Сандалов, П. И. Белобров, С. Г. Овчинников и Ю.И. Маньков, работающие в настоящее время как в Институте физики СО РАН, так и в различных научных центрах и вузах нашей страны и зарубежья.

ННиже приведен список публикаций, в которых отражены основные достижения лаборатории за последние пять лет.

1. В.В. Вальков, А.А. Головня. ЖЭТФ 134, 6, 1167-1180 (2008).
2. V.V. Val’kov, M.M. Korovushkin, Eur. Phys. J. B 69, 219 (2009).
3. В.В.Вальков, М.М.Коровушкин, ЖЭТФ, 139, № 1 (2011).
4. В.В. Вальков, М.М. Коровушкин, А. Ф. Барабанов, Письма в ЖЭТФ 88, 426 (2008).
5. В.В. Вальков, Д.М. Дзебисашвили, А.Ф. Барабанов. Письма в ЖЭТФ 92, 683 (2010).
6. В.В.Вальков, Д.М. Дзебисашвили, Письма в ЖЭТФ, 84, 251-255 (2006).
7. В.В.Вальков, Д.М. Дзебисашвили. ЖЭТФ, 134, 791-805 (2008).
8. V.V.Val’kov, D.M.Dzebisashvili, Physica B: Condensed matter, 378-380, 692-693 (2006).
9. В.В.Вальков, Д.М. Дзебисашвили. ТМФ, 162, 125-149 (2010).
10. В.В. Вальков, Д.М. Дзебисашвили. ЖЭТФ 137, 341-360 (2010).
11. К.А. Шайхутдинов, С.И. Попков, А.Н. Лавров, Л.П. Козеева, М.Ю. Каменева, В.В. Вальков, Д.М. Дзебисашвили, А.Д. Федосеев. Письма в ЖЭТФ 92, `369-374 (2010).
12. В.А. Игнатченко, Ю.И. Маньков, ЖЭТФ 202, 710 (2006).
13. V.A. Ignachenko and Yu.I. Mankov, Phys.Rev.B 75, 235422 (2007).
14. В.А. Игнатченко, Ю.И. Маньков, Д.С. Цикалов, ЖЭТФ 134, 706 (2008).
15. В.А. Игнатченко, Д.С. Полухин, ФТТ 51, 892 (2009).
16. Ю.И. Маньков, Д.С. Цикалов, ФТТ 52, 505 (2010).
17. В.А. Игнатченко, Д.С. Полухин, ЖЭТФ 137, 390 (2010).