Научно-исследовательская лаборатория теоретической и молекулярной физики

Информация обновлена 17.09.2015
 

Научно-исследовательская лаборатория

«Теоретической и молекулярной физики»

 
Заведующий – к.ф.м.н. Махлайчук Виктор Николаевич
 
Научный руководитель – д.ф.м.н. проф. Адамян Вадим Мовсессович
 

История лаборатории.

 
НИЛ-14 «Теоретической и молекулярной физики» образована более 20 лет назад. За период существования в лаборатории защищено 3 докторских диссертации,  15 кандидатских диссертаций по специальностям «Молекулярная физика», «Теоретическая и математическая физика».В ведущих отечественных и зарубежных периодических изданиях ( таких как «Украинский физический журнал», «Физика низких температур», ЖЭТФ, Phys. Lett. A,  J.Mol.Liq.,  J. Phys. Condens. Matter и других) опубликовано более 100 работ.
 
Направления научных исследований.
Научное направление лаборатории – «Фундаментальные проблемы современного материаловедения».
Основные приоритетные направления состоят из исследования низкоразмерных систем (углеродные и неуглеродные нанотрубки, кулоновские системы) и теории классических и квантовых жидкостей.
 

Основные научные результаты.

 
Исследования электрофизических характеристик графена и нанотрубок производятся с использованием методов квантовой теории твердого тела, модифицированных  для применения в квизиодно- и двумерных системах. Основной идеей является применение метода потенциалов нулевого радиуса, суть которого состоит в замене потенциала взаимодействия делокализованных электронов с ионами точечным псевдопотенциалом Э.Ферми. Несмотря на схематичность электрон-ионного взаимодействия,  преимущества такого подхода над подходами других авторов состоит в том, что полностью учитывается пространственная конфигурация системы, а дисперсионные уравнения для фононных и электронных возбуждений и выражения для волновых функций зонных электронов получены в конечном виде.
В рамках данного подхода определены коллективные вклады в теплоемкость электронного газа графена, выяснены физические критерии обнаружения точечных дефектов в наблюдаемых оптических спектрах графена. Метод потенциалов нулевого радиуса расширен на гетерогенные системы. Получена температурная зависимость теплового сопротивления графена от типа дефектов.
Впервые описаны концентрационные зависимости спектральных плотностей и диэлектрических функций одномерной электронной плазмы в нанотрубках в рамках модели потенциалов нулевого радиуса. Разработан алгоритм для учета влияния точечных дефектов на электронную структуру графена и нанотрубок. На основе ранее разработанного алгоритма исследована зонная структура графена. Разработан метод определения типа и концентраций примесей по оптическим спектрам графена и нанотрубок. Рассчитано и вычислено влияние различных точечных дефектов на фононные спектры и плотность фононных состояний графена и нанотрубок с примесями бора, азота и алюминия.
Анализ свойств воды производится на основе систематического применения методов статистической физики. Термодинамические свойства рассчитываются  на основе выражений, которые связывают значения внутренней и свободной энергий системы, а также ее уравнение состояния с усредненными потенциалами взаимодействия и функциями распределения, которые удовлетворительно аппроксимируются приближением твердых сфер. Вклады водородных связей вычисляются с помощью термодинамической теории возмущений. Более конкретно, принимается к сведению, что сильные ориентационные корреляции становятся существенными только при температурах ниже температуры динамического фазового перехода в воде. На этом пути изучены колебания водородных связей, которые стимулируют образование в воде линейных и разветвленных ассоциатов. Построен усредненный потенциал взаимодействия между молекулами воды и показано, что термодинамические свойства воды определяются именно усредненным потенциалом взаимодействия. Получена энергия основного состояния димеров воды. На основе развитой теории  показано, что вблизи точки плавления в структуре воды доминируют квадрупольные кластеры. При переходе к переохлажденным состояниям основную роль начинают играть пентагональные и гексагональные структуры. При приближении к критической точке стуктура жидкой воды формируется преимущественно димерами. Получена температурная  зависимость концентрации димеров. В то же время водяной пар формируется исключительно димерами.
 

Научная новизна.

 
Впервые рассчитаны  и вычислены вклады различных точечных дефектов на фононные спектры и плотность фононных состояний графена и углеродных нанотрубок и на этой основе исследовано влияние дефектов на низкотемпературную теплоемкость.
Впервые показано, что основные термодинамические величины на линии сосуществования жидкость – пар определяются усредненными потенциалами взаимодействия, которые имеют структуру близкую к структуре потенциала Леннард-Джонса. Самоусреднение потенциалов происходит совершенно природным путем : вследствие вращения молекул воды. Впервые показано, что существуют два типа димеров, которые можно идентифицировать с нормальным и метастабильным состоянием димера. Установлено, что водяной пар является смесью нормальных и метастабильных димеров.
 

Практическое применение.

 
Аналитические и численные расчеты для теплоемкости графена и нанотрубок, а также теплопроводность графена имеют практическое применение в перспективных механических и электронных приборах. Искуственное легирование графена и нанотрубок позволяет существенно изменять их теплопроводность и теплоемкость, управляя таким образом тепловыми свойствами приборов и материалов на основе графена.
Также результаты исследований могут быть использованы при
  • - исследовании метастабильных состояний воды, в которых существенную роль играет потенциал взаимодействия между молекулами;
  • - исследовании биологических водных растворов, которые являются основой цитоплазмы клетки. Знание поведения сетки водородных связей (изменение ее свойств под влиянием температуры и давления),которая непосредственно влияет на поведение аминокислот и протеинов.
  • - исследовании гидрофобных и гидрофильных взаимодействий, которые являются важнейшей двигательной силой в процессе самоорганизации мицелл и сворачивании белка.
  • -исследовании новых свойств карбоновых трубок, заполненных водой. Например, при понижении температуры от комнатной до 8C свойства таких материалов изменяются с гидрофобных на гидрофильные.

Международное сотрудничество.

 
В исследовательской работе НИЛ-14 совместно с кафедрой теоретической физики тесно сотрудничает с Институтом теоретической физики НАН Украины, с кафедрами Киевского и других университетов Украины, с кафедрами и научными подразделениями многих стран ( Россия, Узбекистан, Германия, США, Нидерланды и др.), принимает участие в выполнении совместных международных проект.
 

Список основных публикаций.

 
1. V.Adamyan, O.Smyrnov. Linear, diatomic crystal: single-electron states and large-radius exciton. Fizika Nizkikh Temperatur (Low Temp. Phys.), v.35, No.5, (2009) 503–509 (arXiv:0804.0449, 02 April 2008, 8).
2. V.Adamyan, B. Pavlov and  A. Yafyasov. Modified Krein Formula  and  Analytic Perturbation Procedure for Scattering on Arbitrary Junction. Operator Theory: Advances and Applications, v.190 (2009), 3-26. 
3. V.Adamyan, A.A.Mihajlov, N.M.Sakan, V.A.Sreckovic and I.M.Tkachenko. The dynamic conductivity of strongly non-ideal plasmas: is the Drude model valid? J. Phys. A: Math. Theor. 42 (2009), 214005 (5pp).
4. V.L.Kulinskii, N.P.Malomuzh, I.O.Matvejchuk. Is the thermodynamic behavior of the noble fluids consistent with the principle of corresponding states.  Physica A –  388 (2009)  4560 - 4572.
5. V.L.Kulinskii, N.P.Malomuzh. The nature of the rectilinear diameter singularity. Physica A – 388 (2009) 621-627.
6. A.I.Fisenko and N.P.Malomuzh. To what extent is water responsible for the maintenance  of the life for warm-blooded organisms. Int.J.Mol.Sc. – 10 (2009) 2383-2411.
7. T.V.Lokotosh, N.P.Malomuzh, K.N.Pankratov. Thermal motion in water-electrolyte solutions 
according to quasi-elastic incoherent neutron scattering data. JML – v.150 (2009)
8. І.П.Шаповалов. Феромагнітна фаза одновісного магнетика у присутності
анізотропної біквадратної обмінної взаємодії. УФЖ, 2009, т.54, №11.
9. V.M.Adamyan, V.A.Sreckovic, Lj.M.Ignjatovic and A A Mihajlov. The self-consistent determination of HF electroconductivity of strongly coupled plasmas. Physics Letters A v.374 (2010), p.754-760.
10. V.M.Adamyan and V.V.Zavalniuk. Phonons in graphene with point defects. J. Phys. Condens. Matter, v.23, 015402   (arXiv:1009.5328).
11. Л.А. Булавін, В.Л.Кулінський, М.П. Маломуж. Сингулярність діаметра бінодалі атомарних та молекулярних рідин в термінах ентропія-температура. УФЖ, v.55 (2010) 1283-1289.
12. V.L.Kulinskii, N.P.Malomuzh. New version of the fluctuation Hamiltonian for liquids near the critical point.  J.Mol.Liq. – 2010.
13.S.V. Lishchuk, N.P. Malomuzh, P.V.Makhlaichuk. Why thermodynamic properties of normal and heavy water are similar to those of argon-like liquids? Phys.Lett.A  v.374 (2010) 2084–2088. 
14.V. Adamyan and V. Zavalniuk. Phonons in graphene with point defects. J. Phys. Condens. Matter, 24, 415401 (7pp) (2012) // arXiv:1206.2871 
15.V.Yu.Bardik, N.P.Malomuzh, K.S.Shakun. High-frequency asymptote for the velocity auto-correlation function spectrum of argon-like systems. J. Chem. Phys. 136, (2012) 244511-244511-8.
16.V. Zavalniuk. Axial stiffness of multiwalled carbon nanotubes as a function of the number of walls, Ukr.J.Phys. 57, pp. 933-9 (2012) // arXiv:1104.1350 
17.P.V. Makhlaichuk, M.P. Malomuzh and I.V. Zhyganiuk. Nature of Hydrogen Bond in Water, Ukr.J.Phys. 57, p.113-7 (5pp) (2012)  
18.D.Yu. Mishagli. The Influence of Screening Effects on the Grain Charge in a Thermal Dusty Plasma, Ukr.J.Phys. 57, pp. 824-33 (2012)  
19.Шаповалов И. П. Квадрупольные фазы и фазовые переходы в одноосных
магнетиках с тензорными взаимодействиями . Физ. низк.темп. – 2013. – Т. 39, № 6 – С. 663–671. 
20. I.P. Shapovalov and P.A. Sayko. Quadrupole hysteresis in uniaxial magnet with unity spin. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 348, 132–135 (2013)
21.P.V. Makhlaichuk, M.P. Malomuzh, I.V. Zhyganiuk Dimeriztion of water molecules. 
Modeling of the attractive part of the interparticle potential in the multipole approximation. Ukr. J. Phys. – 2013. – Vol. 58, – No.3, – P. 278–288.
22. Т.В. Локотош, Н.П. Маломуж, К.Н. Панкратов Пространственно-временные масштабы в Лагранжевой теории тепловых гидродинамических флуктуаций // ЖСХ – 54,10 (2013) S17-S23. (с.).
23. Н.П. Маломуж, В.Н. Махлайчук, П.В. Махлайчук, К.Н. Панкратов. Кластерная структура воды в соответствии с данными по диэлектрической проницаемости и теплоемкости воды// ЖСХ – 54, Supplement 1 (2013) S24-S39.
 
Адрес, контактные данные: 
г. Одесса, ул. Пастера, 42, физические факультет 
Тел. +38048 731-75-56
Е-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.,
сайт:  www.theorphys.onu.edu.ua

Адрес

ул. Дворянская, 2,Одесса, 65082
Тел. приемной (38-048)723-52-54
Тел./факс (38-048)723-35-15
Email: rector@onu.edu.ua

Наши партнеры

title_5a115d4c9cf609696675311511087436
title_5a115d4c9d1501738212271511087436
title_5a115d4c9d43d6530883501511087436
title_5a115d4c9d5dc6223894701511087436
Top