Научная биография и основные результаты Лозовика Юрия Ефремовича Научная биография и основные результаты Лозовика Юрия Ефремовича Skype: lozovik_yurii (стр. 4 )

Было изучено управление лэмбовским сдвигом атома в оптической микрополости. Предсказан новый эффект квантовой электродинамики в оптической микрополости – “динамический эффект Лэмба” – бесфотонное, параметрическое  возбуждение атома в нестационарной полости из-за неадиабатической модуляции лэмбовского сдвига изменением граничных условий в  полости или из-за модуляции константы взаимодействия с оптической полостью. Детально изучена имплиментация  этого эффекта для сверхпроводящих цепочек. Предложены новые возможные экспериментальные реализации динамического эффекта Казимира – параметрической генерации фотонов в нестационарной оптической полости - с помощью сверхбыстрого изменения граничных условий  путем создания внутри оптической микрополости дополнительного зеркала при облучении фемтосекундным лазерным импульсом, либо пикосекундной инжекции плотной электронной плазмы в первоначально прозрачную полупроводниковую пленку. Предсказаны эффекты интерференции в динамическом эффекте Казимира. Найдены некоторые новые точные решения  для динамического эффекта Казимира в одномерной задаче. Распределение и перепутывание фотонов, рожденных в нестационарной полости, были рассчитаны с учетом взаимодействия мод в нестационарной полости

Некоторые общие задачи

При помощи методов конформной теории поля был выполнен общий анализ фазовых переходов в двумерных системах. Было проанализировано уравнение состояния для анионов (квазичастиц с дробной статистикой). Были развиты аналитические непертурбативные подходы для рассмотрения квантовых систем нескольких тел, основанные на ?-разложении вблизи пространственной размерности d=2, а также 1/d-разложение, где d  - размерность пространства. Был предложен механизм удержания кварков, основанный на стохастическом поведении глюонного поля и локализации Андерсона в соответствующем неупорядоченном эффективном потенциале.

Компьютерное моделирование

С помощью компьютерного моделирования изучен ряд физических систем (наноструктур, низкоразмерных систем, кластеров, охлажденных атомов, и т. п. Были изучены системы с различными межчастичными взаимодействиями, в частности, их структура, термодинамические свойств и фазовые переходы, спектры и динамика. Для этого использовались методы молекулярной динамики, классического и квантового диффузионного метода Монте Карло, метода Монте Карло интегрирования по траекториям, квантовой динамики, основанной на вигнеровской формулировке квантовой механики и квантовой томографии. Компьютерное моделирование и дизайн различных фотонных кристаллов были осуществлены методами FDTD (конечных разностей для уравнений Максвелла во временной области), LKKR (слоевого метода  Корринги-Кона-Ростокера) и методом разложения по плоским волнам. Были построены компьютерные модели новых материалов (в особенности, наноматериалов и материалов для фотоники). С помощью первопринципного метода функционала плотности были изучены энергетические барьеры, упругие свойства и электронные свойства углеродных нанотрубок. Были развиты и применены в ряде физических задач (туннелирование волнового пакета, слабая локализация, и др.) новые методы моделирования квантовых систем, основанные на квантовой томографии, а также вигнеровской формулировке квантовой механики. Новый метод моделирования квантовых систем, основанный на квантово-томографической формулировке квантовой механики перспективен для моделирования систем фермионов, т. к. функция распределения в этом методе положительно определена, и поэтому в нем нет т. наз. “проблемы знака” для системы фермионов

Атомы, молекулы

Предсказана фазовая диаграмма и квантовые фазовые переходы в системе охлажденных  ридберговских бозе-атомов (полученной  недавно экспериментально резонансным возбуждением системы атомов в ловушке, охлажденных до сверхнизких температур).  Ридберговские атомы отталкиваются (а не притягиваются!) по ван-дер-ваальсову закону. Предсказано образование квантового кристалла и суперсолида в системе с ридберговскими атомами. Предсказано образование мезоскопического суперсолида из дипольных атомов или экситонов  в ловушке. Была предсказана и рассчитана принципиально новая характеристика атома - анапольный (тороидальный) момент электронной оболочки, обусловленный несохранением четности из-за эффектов слабого взаимодействия электронов с ядром. Были изучены спектры атомов, молекул и биэкситонов в сильных магнитных полях. Был рассмотрен парамагнетизм многоэлектронных атомов в сильных магнитных полях. Уравнение Томаса-Ферми для атомов было обобщено для случая неоднородно намагниченной электронной жидкости в сверхсильных магнитных полях. Была предсказана магнитная диссоциация молекул (или биэкситонов) и изменение типа связи в сверхсильных магнитных полях. Эти явления наблюдались экспериментально для биэкситонов. Была рассмотрена индуцированная магнитным полем ван-дер-ваальсова связь. Методами компьютерного моделирования было изучено каналирование молекул и атомов в световых полях. Полученные результаты могут быть полезны для управления движением атомов и молекул в атомной оптике, для управления нанолокальными химическими реакциями, а также для приложений в нанотехнологии.

Плазмонная оптика. Нанооптика.

Предложена и осуществлена экспериментально плазмонная оптика поверхности с фемтосекундным временным разрешением. Был изучен нелинейный оптический отклик, связанный с синхронизированным возбуждением двух поверхностных плазмон-поляритонных волн, их нелинейным взаимодействием и рождением фотонов с суммарной частотой. Была исследована зависимость этого процесса от временной задержки между двумя лазерными импульсами и пространственного перекрытия лазерных лучей на поверхности. Продемонстрирована возможность усиления сигнала от поверхностного плазмона. С помощью предложенного метода прямым образом измерено затухание поверхностного плазмона. Было предсказано аномальное рассеяние электромагнитных волн на композитном материале, состоящем из частиц с магнитными оболочками. Была проанализирована возможность создания “невидимого” покрытия такого типа. Было изучено обратное рассеяние света в неупорядоченных двумерных средах, основанное на явлениях слабой локализации. Был детально изучен новый тип фотонного кристалла – сверхпроводящие фотонные кристаллы с фотонными зонными спектрами, управляемыми температурой и/или магнитным полем. Был изучен аналог эффекта Бормана для металлических фотонных кристаллов. Были детально изучены перспективные источники видимого света с повышенным КПД - металлические фотонные кристаллы, имеющие щель в инфракрасной области спектра и поэтому неизлучающие, в отличие от обычных источников, в ИК-области. Рассмотрены антиотражающие свойства текстурированных поверхностей с различными отношениями характерных длин структуры и длины волны. Установлено существование и положение минимума полного отражения в зависимости от параметров текcтуры. Была детально изучена чувствительность оптических хемосенсоров. Предложен новый метод спектромикроскопии с высокой чувствительностью и высоким пространственным разрешением, основанный на квантовом генераторе плазмонов - спазере, реализованном на кончике иглы сканирующего зондового микроскопа.  Впервые предсказан спазер (плазмонный аналог лазера), базирующийся на графене, и рассчитаны его свойства.

Ультрабыстрая оптика

Предложена и развита новая методика лазерной спектроскопии – спектроскопия времен релаксации, изучаемая с помощью техники “накачка – зондирование широкополосным фемтосекундным импульсом”. Эта методика обнаруживает высокую чувствительность для ряда важных приложений, для которых обычная, стационарная спектроскопия нечувствительна. С помощью нее предложены и реализованы: новый метод определения положения уровня Ферми  - по резкому замедлению времени релаксации возбужденных носителей в его окрестности; новый метод  обнаружения неландаувского поведения сильно-коррелированной системы электронов – по зависимости времени релаксации от расстояния до поверхности Ферми; новый метод изучения порога подвижности в неупорядоченных полупроводниках – по появлению растянутой экспоненты (Кольрауша) вблизи порога подвижности (из-за “параллельного” механизма релаксации возбужденных электронов в локализованных состояниях); новый метод определения константы электрон-фононного взаимодействия.  Была детально исследована временная эволюция сверхпроводящего состояния после возбуждения фемтосекундным лазерным импульсом при помощи лазерной спектроскопии с фемтосекундным временным разрешением. При помощи метода накачка – широкополосное зондирование фемтосекундными лазерыми импульсами были изучены экспериментально затухание квазичастиц вблизи поверхности Ферми, свойства Ферми-жидкости и доказано неландаувское поведение недодопированного ВТСП YBaCuO. Был экспериментально реализован (при помощи метода накачка – широкополосное зондирование) предложенный нами  новый метод определения порога подвижности в неупорядоченных материалах. Данный метод основан на определении спектральной зависимости растянутой экспоненциальной релаксации в широком спектральном диапазоне, имеющей особенность на крае подвижности. Данный метод был продемонстрирован для пористого кремния. Спектральная зависимость растянутого экспоненциального индекса дает уникальную информацию о существовании и расположении границы подвижности  в неупорядоченных материалах, и может быть использован как эффективный инструмент для изучения перехода от локализованного к нелокализованному режиму релаксации в фемтосекундном временном масштабе.

Нанотехнология

Была предложена, детально изучена теоретически, промоделирована и продемонстрирована экспериментально  нанолитография, основанная на облучении иглы сканирующего туннельного микроскопа ультракороткими лазерными импульсами. Данный метод демонстрирует возможность сверхплотной лазерной записи (с пространственным разрешением ?/40, где ?  - длина волны лазерного излучения). Были проведены детальные вычисления локальных плазменных резонансов и пространственного распределения оптических полей в окрестности иглы СТМ. Эта методика использует нанолокальное “яркое пятно” под иглой СТМ, возникающее из-за эффекта громоотвода (острия) и возбуждения локального плазмонного резонанса. Предложено использовать этот эффект для сверхплотной записи информации. Предложено использовать этот эффект также для проведения нанолокальных химических реакций, для нанолокального когерентного управления молекулами и биологическими объектами, и для нанолокального оптического анализа (линейного и нелинейного). Было изучено предельное пространственное разрешение в сканирующей емкостной спектроскопии.

Список работ   за последние  5 лет (2017-2013гг)

Yu. E. Lozovik, A. A. Sokolik, A. D. Zabolotskiy, Many-body effects of Coulomb interaction on Landau levels in graphene, Phys. Rev. B,Vol.95, No.12, 125402 (2017). O. V. Kotov and Yu. E. Lozovik, Enhanced optical activity in hyperbolic metasurfaces,  Phys. Rev. B96, 235403 (2017). Yu. E.Lozovik, I. V.Kurbakov, P. Volkov, Anisotropic superfluidity of two-dimensional excitons in a periodic potential, Phys. Rev. B 95, 245430 (2017). Zhukov A., D. S. Shapiro, W. V. Pogosov, Yu. E.Lozovik, Dynamics of mesoscopic qubit ensemble coupled to cavity: Role of collective dark states, Phys. Rev. A96, No.3, 03384 (2017). Zhukov A., D. S. Shapiro, S. V. Remizov, W. V. Pogosov, Yu. E. Lozovik, Superconducting qubit in a nonstationary transmission line cavity: parametric excitation, periodic pumping, and energy dissipation, Phys. Lett. A 381, Issue 6, Pages 592–596 (2017). Ilya Valuev, Sergei Belousov, Maria Bogdanova, Oleg Kotov, and Yurii Lozovik, FDTD subcell graphene model beyond the thin-film approximation, Applied Physics A123: 60(2017). Natalia Kaputkina, Mikhail Altaisky, Nadezhda Zolnikova, Victor Krylov; Yurii Lozovik, , Nikesh Dattani, Entanglement in a quantum neural network based on quantum dots, Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, Metamaterials, vol.24, 24-28 (2017). , , Энергетические характеристики и структура углеродных нанорулонов, Письма в ЖТФ, 2017, том 43, вып. 14, 55-63 (2017). Oleg L. Berman, Roman Ya. Kezerashvili, Yurii Lozovik, Klaus E. Ziegler, Sensitive linear response of an electron-hole superfluid in a periodic potential, Physica E92, 1-6 (2017). O. L. Berman, R. Ya. Kezerashvili, Yu. E. Lozovik, On Bose-Einstein condensation and superfluidity of trapped photons, J. Opt. Soc. Am B34, No.8, 1649 -1658 (2017). , , Кулоновская задача в допированном графене с зарядом ядра Z>Zcr  ,ЖЭТФ (декабрь 2017) A. E. Golomedov, Yu. E. Lozovik, G. E. Astrakharchik and J. Boronat, Composite boson description of a low density gas of excitons, J. Low. Temp. Phys. 189, 300-311 (2017). S. V. Remizov, A. A. Zhukov, D. S. Shapiro, W. V. Pogosov, and Yu. E. Lozovik "Parametrically driven hybrid qubits-photon systems: dissipation-induced quantum entanglement and photon production from vacuum", Phys. Rev. A96, No.4, 043870 (2017). , , Внутренняя структура вихрей в двухкомпонентном конденсате экситонных поляритонов, Письма в ЖЭТФ, том106, вып.11, с.718–723 (2017). Zhyrair Gevorkian, Vladimir Gasparian and Yurii Lozovik, Large diffusion lengths in perovskite and TiO_2 heterojunction solar cells, Appl. Phys. Lett. v.108, No. 5, 051109(2016). Elistratov A. and Yu. E. Lozovik, Coupled exciton-photon Bose condensate in path integral formalism, Phys. Rev. B 93, No.10, 104530 (2016).  M. V. Altaisky, N. N. Zolnikova, N. E. Kaputkina, V. A. Krylov, Yu. E. Lozovik, N. S. Dattani, Towards a feasible implementation of quantum neural networks using quantum dots, Appl. Phys. Lett.108, No.10, 103108 (2016). Sokolik A., A. D. Zabolotskiy, Yu. E. Lozovik, Generalized virial theorem for massless electrons in graphene and other Dirac materials, Phys. Rev. B93, No.19, 195406 (2016). O. V.Kotov, Yu. E. Lozovik, The dielectric response and novel electromagnetic modes in 3D Dirac semimetal films, Phys. Rev. B 93,No.23, 235417 (2016).  Zhukov, D. S. Shapiro, W. V. Pogosov, Yu. E. Lozovik, Dynamical Lamb effect versus dissipation in superconducting quantum circuits, Phys. Rev. A 93, No.6, 063845 (2016).  Yu. E. Lozovik, I. A. Nechepurenko, A. V. Dorofeenko, E. S. Andrianov, N. M. Chtchelkatchev, A. A. Pukhov, Self-consistent Description of Graphene Quantum Amplifier, Phys. Rev. B94, No.3, 035406 (2016). M. Kuleshov, V. D. Mur, N. B. Narozhny, Yu. E. Lozovik, Topological phase and half-integer orbital angular, momenta in circular quantum dots, Few Body, Volume 57, Issue 12, pp 1103–1126 (2016). Nina S. Voronova, Andrei A. Elistratov, Yurii E. Lozovik, Inverted pendulum state of a polariton Rabi oscillator, Phys. Rev. B94, No.4, 045413 (2016). Yu. Kh. Vekilov, O. M. Krasilnikov, A. V. Lugovskoy, and Yu. E. Lozovik, Higher-order elastic constants and megabar pressure effects of bcc tungsten: Ab initio calculations, Phys. Rev. B 94, No.10, 104114 (2016). I. Nechepurenko, A. Dorofeenko, Y. E.Lozovik, Graphene Intracavity Spaser Absorption Spectroscopy, Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications 21, 60-66(2016). A. D. Zabolotskiy and Yu. E. Lozovik, Strain-induced pseudomagnetic field in Dirac semimetal borophene, Phys. Rev. B94, No.16, 165403 (2016). Andrei I. Siahlo, Andrey M. Popov, Nikolai A. Poklonski, Yurii E. Lozovik, Sergey A. Vyrko, Sergey V. Ratkevich, Multi-layer graphene membrane based memory cell, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 84, 348-353 (2016). I. Shunyaev, A. A.Elistratov, Yu. E.Lozovik, Bose-Einstein condensates and the spectrum of excitations in a two-dimensional channel, Phys. Rev. A94, No.5, 053625 (2016). O. L. Berman, R. Ya. Kezerashvili, Yu. E. Lozovik, Quantum entanglement for two qubits in a nonstationary cavity, Phys. Rev. A 94,No.5, 052308 (2016). N. S. Voronova, A. A. Elistratov, and Yu. E. Lozovik, Detuning-controlled internal oscillations in an exciton-polariton  condensate, Phys. Rev. Lett. 115, 186402 (2015) . Yu. E. Lozovik, A. A. Sokolik, A. D. Zabolotskiy, Quantum capacitance and compressibility of graphene: The role of Coulomb interactions, Phys. Rev. B 91, No.7, 075416 (2015). D. S. Shapiro, A. A. Zhukov, W. V. Pogosov, Yu. E. Lozovik, Dynamical Lamb Effect in a Tunable Superconducting Qubit-Cavity System, Phys. Rev. A, 91, 063814 (2015). , , О кулоновской задаче в графене со щелью в электронном спектре, Письма в ЖЭТФ, 101, No.4, 282-288 (2015). , ,Кулоновская задача с зарядом ядра Z>Zcr  ,  УФН 2015, 185, вып. 8, 845–852 (2015).  N. S. Voronova, Yu. E. Lozovik, Internal Josephson phenomena in a coupled two-component Bose condensate, Superlattices and Microstructures, 87, 12-18 (2015).  O. L. Berman, R. Ya. Kezerashvili, Yu. E. Lozovik, Graphene based photonics and plasmonics, Chapter 3, pp. 93-126,  in book “Nanoscale materials and devices for Electronics, Photonics and Solar energy” , Springer, 2015. Lebedeva Irina, Popov Andrey, Knizhnik Andrei, Lozovik Yurii, Poklonski Nikolai, Siahlo Andrei, Vyrko Sergey, Ratkevich Sergey, Tunneling conductance of telescopic contacts between graphene layers with and without dielectric spacer, Computational Materials Science, Volume 109,  Pages 240–247 (2015). , , Полуклассическая теория спазера на основе графена, Журнал радиоэлектроники, N12 (2015). A. K. Fedorov, I. L. Kurbakov, Yu. E. Lozovik, Roton-maxon spectrum and instability for weakly interacting dipolar excitons in a semiconductor layer, Phys. Rev. B 90, 165430 (2014). A. K. Fedorov, I. L. Kurbakov, Y. E. Shchadilova, Yu. E. Lozovik, Two-dimensional  Bose gas of tilted dipoles: Roton instability and condensate depletion , Physical Review A 90: 043616, 2014.  Lozovik, Y. E., Nechepurenko, I. A., Dorofeenko, A. V., Andrianov, E. S.,  Pukhov, A. A. Highly sensitive spectroscopy based on a surface plasmon polariton quantum generator. Laser Physics Letters, 11(12), 125701(2014). Yurii E. Lozovik, Igor A. Nechepurenko, Alexander V. Dorofeenko, Eugeny S. Andrianov, Alexander A. Pukhov, Spaser Spectroscopy with Subwavelength Spatial Resolution,  Phys. Lett. A 378, No.9, pp. 723-727 (2014). Andrey M. Popov, Irina V. Lebedeva, Andrey A. Knizhnik, Yurii E. Lozovik, Nikolai A. Poklonski, Andrei I. Siahlo, Sergey A. Vyrko, Sergey V. Ratkevich, Force and magnetic field sensor based on measurement of tunneling conductance between ends of coaxial carbon nanotubes, Computational Materials Science 92,  84–91 (2014). O. L. Berman, R. Ya. Kezerashvili, Yu. E. Lozovik, Graphene nanoribbon based spaser, Phys. Rev. B 88, 235424 (2013).  D. K. Efimkin and Yu. E. Lozovik, Drag effect and Cooper electron-hole pair fluctuations in a topological insulator film, Phys. Rev. B 88, 235420 (2013).  D. K. Efimkin and Yu. E. Lozovik, Resonant manifestations of chiral excitons in magnetooptical Faraday and Kerr effects in topological insulator film, Phys. Rev. B87, 245416 (2013). D. K. Efimkin and Yu. E. Lozovik, Fluctuational internal Josephson effect in a topological insulator film, Phys. Rev. B 88, 085414 (2013) . A. M. Popov, I. V. Lebedeva, A. A. Knizhnik, Yu. E. Lozovik, B. V. Potapkin, Ab initio study of edge effect on relative motion of walls in carbon nanotubes, J. Chem. Phys. 138, 024703 (2013). O. V. Kotov, M. A. Kol'chenko, and Yu. E. Lozovik, Ultrahigh refractive index sensitivity of TE-polarized electromagnetic waves in graphene at the interface between two dielectric media, Optics Express, Vol. 21, Issue 11, pp. 13533-13546 (2013). N. A. Poklonski, A. I. Siahlo, S. A. Vyrko, E. F. Kislyakov, A. M. Popov, Y. E. Lozovik, I. V. Lebedeva, A. A. Knizhnik, Graphene-Based Nanodynamometer, J. of Comp. and Theor. Nanoscience 10, 141-146 (2013). Oleg L. Berman, Yurii E. Lozovik, Anton A. Kolesnikov, Maria V. Bogdanova, Rob D. Coalson, Surface plasmon polaritons and optical transmission through a vortex lattice in a film of type-II Superconductor,  J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 30, No. 4, 909-913 (2013). Andrey M. Popov, Irina V. Lebedeva, Andrey A. Knizhnik, Yurii E. Lozovik, Boris V. Potapkin, Structure, Energetic and Tribological Properties, and Possible Applications in Nanoelectromechanical Systems of Argon-Separated Double-Layer Graphene, J. Phys. Chemistry, C 117, 11428- 11435 (2013). A. M. Popov, I. V. Lebedeva, A. A. Knizhnik, Yu. E. Lozovik, B. V. Potapkin, N. A. Poklonski, A. I. Siahlo, S. A. Vyrko, AA stacking, tribological and electronic properties of double-layer graphene with krypton spacer, J. Chem. Phys. 139(15), 154705 (2013).