Научная биография и основные результаты Лозовика Юрия Ефремовича Научная биография и основные результаты Лозовика Юрия Ефремовича Skype: lozovik_yurii (стр. 2 )

Предложена концепция квантовых нейронных сетей на основе массива квантовых точек с дипольным взаимодействием. Показана, что такая концепция может быть реализована в эксперименте с использованием квантовых точек из арсенида галлия, связанных с резервуаром акустических фононов. При помощи фейнмановских интегралов было показано, что квантово-механическая когерентность в рассматриваемой системе может сохраняться на временах до сотен пикосекунд даже при температуре жидкого азота, которая на три порядка выше, чем рабочие температуры используемых в настоящее время реализаций квантовых вычислительных устройств на основе сверхпроводников.

Компьютерное моделирование

С помощью компьютерного моделирования диффузионным квантовым методом Монте Карло изучены квантовые системы квадруполей (экситонов или атомов в сильных магнитных полях), их термодинамические свойств и фазовый переход в кристаллическую фазу. Развит новый метод моделирования нанооптики наносистем, метаповерхностей и метаматериалов на основе графена и новых двумерных материалов, обобщающий обычный метод FDTD. Метод применен для метаматериалов на основе графена

Нанооптика

Изучены  эффекты оптической активности в анизотропных  метаповерхностях. Рассмотрены гиперболические метаповерхности на основе графеновых полосок, металлических нанодисков, а так же тонкая пленка черного фосфора, как природный гиперболический материал. Топологический переход в гиперболический режим приводит к усилению вращения плоскости поляризации в прошедшем свете и гигантскому усилению этого эффекта в отраженном свете. Изменяя параметры метаповерхности и выбирая необходимую реализацию, можно создать  гиперболический поляризатор как для терагерцового или инфракрасного, так и для видимого частотных диапазонов.

Предыдущие основные результаты

Низкоразмерные системы. Наноструктуры.

1.Электронно-дырочные системы. Экситоны. Сверхтекучесть экситонов.

Впервые предсказано существование дипольных экситонов и их свойства и их сверхтекучесть. Предсказаны сверхтекучесть, эффекты джозефсоновского типа (в системах  без сверхпроводимости!), эффекты увлечения, аномальное поведение во внешних магнитных полях, некоторые необычные когерентные оптические свойства и фазовая диаграмма для пространственно разделенных электронно-дырочных систем и дипольных экситонов. Была построена теория сверхтекучести двумерных экситонов в случайных полях. Эти результаты открыли новые перспективные направления физики когерентных явлений в системе экситонов в связанных квантовых ямах и новых 2D системах. К настоящему моменту в этой области исследований были получены интереснейшие экспериментальные результаты (группы , Д. Сноука (D. Snoke), и др.). Предсказанная сверхтекучесть непрямых экситонов экспериментально подтверждена в экспериментах группы Эйзенштейна для двойных электронных слоев в сильном магнитном поле. Была построена теория двумерных электронно-дырочных систем в сильных магнитных полях. Была развита теория двумерных магнитоэкситонов. Было получено точное решение задачи многих тел для двумерной электронно-дырочной системы в сильном магнитном поле: основное состояние для любого заполнения уровня Ландау при любой форме взаимодействия (например, c учетом сил изображения) из-за суперсимметрии является идеальным(!) бозе-конденсированным газом магнитоэкситонов. Был получен класс точных решений для аналогичных систем. Были изучены фазовая диаграмма, возбуждения и термодинамика двумерных электронно-дырочных систем в сильных магнитных полях. Были также детально изучены термодинамика, возбуждения и некоторые другие свойства несуперсимметричных электронно-дырочных систем в сильных магнитных полях (при нарушении симметрии относительно взаимодействия между электронами и дырками, связанного с их пространственным разделением, либо в силу малого - в сильных полях - вклада виртуальных переходов на более высокие уровни Ландау). Эти исследования инициировали ряд прекрасных экспериментальных и теоретических работ в данной области. Были рассмотрены свойства экситонных систем в ловушках, квантовых точках, связанных квантовых точках (молекулярных квантовых точках), и т. д., в частности, в сильных магнитных полях. Были проанализированы сильно коррелированные фазы экситонов и электронно-дырочных систем. Была изучена фазовая диаграмма мезоскопической квантовой электронной системы. Впервые были проанализированы дисперсионные кривые двухмерных магнитоэкситонов. Было показано, что в асимптотически сильных магнитных полях эффективная масса магнитоэкситона пропорциональна квадратному корню из магнитного поля и не зависит от эффективных масс свободных электрона и дырки, а определяется лишь электронно-дырочным взаимодействием. Было показано, что дисперсионная кривая возбужденного магнитоэкситона является немонотонной функцией (магнитного) импульса, таким образом, были предсказаны «ротонные» минимумы на дисперсионной кривой магнитоэкситона. Были предсказаны и экспериментально реализованы (совместно с группой Л. Бутова, США) инженерия закона диперсии дипольных (межьямных) экситонов и управление люминесценцией параллельным магнитным полем. Это дало возможность определить экспериментально закон дисперсии экситона (при помощи флюоресценции) и зависимость массы экситона от магнитного поля. Для сильных магнитных полей было показано, что, в согласии с нашей теорией, эффективная масса магнитоэкситона в сильных полях значительно превышает сумму масс отдельных электрона и дырки. Было изучено преобразование от экситона в слабом магнитном поле в магнитоэкситон (который соответствует режиму сильного эффективного магнитного поля) при увеличении (магнитного) импульса экситона. Была предсказана инженерия закона дисперсии пространственно непрямых экситонов в связанных квантовых ямах (с помощью внешних электрического и магнитного полей) для генерации когерентных акустических фононов, управления люминесценцией экситонов и для детектирования бозе-конденсата экситонов. Были проанализированы свойства системы экситонов в широкой одиночной квантовой яме в сильном поперечном электрическом поле. Была проанализирована система взаимодействующих пространственно разделенных экситонов и электронов, в частности, в присутствии бозе-конденсата экситонов. Изучены кинетические свойства систем, связанных с электронно-экситонными эффектами увлечения. Были получены выражения для коэффициентов линейного отклика электронной подсистемы на величины, определяющие неравновесное состояние подсистемы экситонов.  Экспериментальное наблюдение таких эффектов увлечения при изучении электрического отклика в электронном слое может дать новую информацию о фазовом состоянии экситонов и, более того, дать новый способ управления экситонами с помощью транспорта электронов. Были предсказаны новые нелинейные оптические эффекты для когерентной фазы экситонов - стимулированное лазерным лучом отражение света назад от экситонного конденсата, аномальное прохождение света сквозь конденсат и др. Были предсказаны угловые корреляции фотонов, обусловленные когерентной рекомбинацией двух или нескольких экситонов из бозе-конденсата; эти корреляции могут быть изучены в экспериментах типа Хэнбери Брауна - Твисса. Наблюдение этих эффектов может послужить экспериментальным доказательством существования когерентной фазы экситонов. Построена теория бозе-конденсации и сверхтекучести двумерных экситонов в  ловушке, в сильных магнитных полях. Построена теория бозе-конденсации экситонов в случайных внешних полях и в сильных магнитных полях. Для описания слабо-неоднородных экситонных и других бозонных систем в двумерных ловушках развит новый подход – квазилокальное обобщение теории Костерлица-Таулесса.

Низкоразмерные системы. Наноструктуры. 2.Сильно-коррелированные фазы. Квантовая кристаллизация. Суперсолид.

Были предсказаны новые фазы экситонной системы - кристаллическая, а также суперсолида  (которая одновременно обладает поперечной жесткостью и сверхтекучестью или диагональным и недиагональным порядком), изучены их структура и оптические свойства. С помощью квантового метода Монте Карло  доказано существование суперсолида в мезоскопических экситонных системах.

Низкоразмерные системы. Наноструктуры. 3.Электронные системы

Впервые была предсказана кристаллизация электронов в двумерных системах, инициированная сильным магнитным полем и обусловленная подавлением магнитным полем нулевых колебаний. Была рассчитана фазовая диаграмма и спектр колебаний двумерного вигнеровского кристалла в сильном магнитном поле, как из первых принципов, так и феноменологически, а также при помощи компьютерного моделирования. Было проанализировано влияние сил изображения на фазовую диаграмму. Эти работы продемонстрировали первый пример влияния магнитного поля на состояния двумерной электронной системы и инициировали множество интересных теоретических и экспериментальных исследований в физике двумерного электронного газа. Была детально изучена кристаллизация мезоскопических электронных систем. Впервые были обнаружены многостадийные фазовые переходы, межоболочечное ориентационное плавление и последующее радиальное плавление оболочек. Была обнаружена связь этих явлений с малостью энергетических барьеров относительно межоболочечного вращения и межоболочечных электронных перескоков в мезоскопических кластерах. Были изучены основное состояние и одночастичные возбуждения композитных фермионов на наполовину заполненных уровнях Ландау двумерного электронного газа с анизотропным тензором эффективных масс. Используя асимптотические тождества Уорда в теории Черна-Саймонса, было показано, что ферми-поверхность композитных фермионов не перенормируется инфракрасными флуктуациями калибровочного поля. Таким образом, она идентична ферми-поверхности анизотропной системы электронов в отсутствие магнитного поля. Однако, оказалось, что, несмотря на анизотропию формы поверхности Ферми, эффективная масса композитных фермионов практически изотропна. Были предсказаны возможные экспериментальные проявления этих эффектов, которые были подтверждены экспериментально. В дрейфовом приближении был детально рассмотрен квантовый эффект Холла. Была обнаружена связь между квантованием холловской проводимости и геометрическим топологическим инвариантом системы. Был исследован зависящий от частоты линейный отклик двумерной электронной системы в сильных магнитных полях и предсказаны дрейфовые резонансы  в режиме квантового Холла.  Был детально проанализирован дрейфовый резонанс в двумерной системе электронов в сильных магнитных полях, связанный с резонансным возбуждением граничных дрейфовых токов вдоль внешних и внутренних границ системы. Было показано, что соответствующий частотный отклик в случайном потенциале отражает свойства фрактальных эквипотенциалей случайного потенциала на уровне Ферми. Была рассмотрена нестабильность типа БКШ двухслойных систем композитных фермионов (для наполовину заполненного уровня Ландау). Было проанализировано влияние маргинальности композитных фермионов (отсутствие слабо затухающих возбуждений вблизи поверхности Ферми) при БКШ-спаривании. Была рассмотрена конкуренция между электронно-дырочным и электрон-электронным спариванием в зависимости от расстояния между слоями в системе пространственно разделенных (композитных) электронов и дырок.

Физика твердого тела. Общие проблемы.