Науково-дослідна лабораторія теоретичної та молекулярної фізики

 Інформація оновлена 17.09.2015

Науково-дослідна лабораторія “Теоретичної та молекулярної фізики”

 
Завідуючий   - к.ф.м.н. Махлайчук Віктор Миколайович.
Науковий керiвник – д.ф.м.н. проф. Адамян Вадим Мовсессович  
 
Історія  підрозділу 
 
НДЛ – 14 «Теоретичної та молекулярної фізики» створена понад 20 років тому. За період існування в лабораторії захищено 3 докторських дисертацій, 15 кандидатських дисертацій за спеціальностями «Молекулярна фізика», «Теоретична та математична фізика». У провідних вітчизняних та зарубіжних виданнях (таких як  «Украінський фізичний журнал», «Фізика низьких температур», ЖЄТФ, Phys. Lett. A ,  J.Mol.Liq.  ,  J. Phys. Condens. Matter та інших ) опубліковано понад 100 робіт.
 
Напрямки наукових досліджень.
 
Науковий напрям лабораторії – «Фундаментальні проблеми сучасного матеріалознавства». 
Основні пріоритетні наукові напрями лабораторії складаються з досліджень низько вимірних систем (вуглецеві і невуглецеві нанотрубки, кулонівськи системи ) та теорії класичних та квантових рідин.
 
Основні наукові результати.
 
Дослідження єлектрофізичних характеристик графену і нанотрубок  здійснюються з використанням  методів квантової теорії твердого тіла, модифікованих для застосування у квазіодно- і двовимірних  системах. Відправною ідеєю є застосування методу потенціалів нульового радіусу, суть якого полягає у заміні потенціалу взаємодії делокалізованих електронів  з іонами універсальним точковим псевдопотенціалом  Е.Фермі. Незважаючи на схематичність електрон-іонної взаємодії, перевага такого підходу над вже зазначеними вище підходами інших авторів полягає в тому, що  повністю враховується просторова конфігурація систем, а дисперсійні рівняння для фононних і електронних збуджень і вирази для хвильових функцій зонних електронів отримуються у скінченому вигляді.
У рамках даного підходу визначені колективні вкладі у теплоємність електронного газу графену, з’ясовані фізичні критерії виявлення точкових дефектів у спостережних оптичних спектрах графену. Поширено метод потенціалів нульового радіуса на гетеро-генні системи. Отримана температурна залежность теплового опіру графену від типа дефекттів. 
Вперше визначені концентраційні залежністі спектральних густин і діелектричних функцій одновимірної електронної плазми у нанотрубках в рамках моделі потенціалів нульового радіусу. Розроблено алгоритм для урахування впливу точкових дефектів на електронну структуру графену і нанотрубок. На основі раніш розробленого алгоритму досліджено зонну структуру графану. Розроблено метод визначення типу і концентрації домішок по оптичним спектрам графену і нанотрубок. Розраховано та обчислено вплив різноманітних точкових дефектів на фононні спектри та густину фононних станів графену та вуглецевих нанотрубкок Описано особливості оптичних спектрів напівпровідникових нанотрубок з домішками бору, азоту і алюмінію.
Аналіз властивостей води здійснюються на основі систематичного застосування методів статистичної фізики. Термодинамічні властивості розраховуються на основі виразів, які пов’язують значення внутрішньої та вільної енергії системи, а також її рівняння стану з усередненими потенціалами і функціями розподілу, які задовільно апроксимуються твердо-кульовими наближеннями. Внески водневих зв’язків обчислюються за допомогою термодинамічної теорії збурень. Більш конкретно, приймається до уваги, що сильні орієнтаційні кореляції є суттєвими тільки при температурах, нижчих від температури динамічного фазового переходу у воді. На цьому шляху вивчено коливання водневих зв’язків, які стимулюють утворення у воді лінійних і розгалужених асоціатів. Побудовано усереднений потенціал взаємодії між молекулами води і показано, що термодинамічні властивості води визначаються саме усередненими потенціалами взаємодії. Отримана енергія основного стану димерів води. На основі розвинутої теорії показано,що поблизу точки  плавлення в структурі води домінують квадрупольні кластери. При переході до переохолоджених  станів основну роль почи-нають відтворювати пентагональні та гексагональні структури. Поблизу точки плавлення рідкої води в структурі води домінують тримери та тетраметри молекул води. При набли-женні до критичної точки структура рідкої води формується переважно димерами. Отри-мана температурна залежність концентрації димерів. В той же час  водяна пара формуєть-ся виключно димерамі.
Наукова новизна: 
Вперше розраховано та обчислено вплив різноманітних точкових дефекттів
на фононні спектри та густину фононних станів графену та вуглецевих нанотрубкок і на цій основі досліджено вплив дефектів на їх низькотемпературну
теплоємність.
Вперше показано, що основні термодинамічні величини на лінії співіснування рідина-пара визначаються усередненими потенціалами взаємодії, які мають структуру близьку до потенціалів Ленарда-Джонса. Самоусереднення потенціалів взаємодії відбувається цілком природним шляхом внаслідок обертання молекул води. Вперше показано, що існують два типи димерів, які можна ідентифікувати з нормальним та метастабільним станом димеру. Встановлено, що водна пара є сумішшю нормальних та метастабільних димерів.
 
Практичне застосування :
 
Аналітичні та чисельні результати для теплоємності графену та нанотрубок, а також теплопровідності графену мають практичне значення при їх застосуванні в перспективних механічних та електронних пристроях. Штучне допування графену та нанотрубок дозволяє суттєво змінювати їх теплопровідність та теплоємність, керуючи таким чином тепловими властивостями пристроїв та матеріалів на основі графену.
Також результати роботи можуть бути використані  при  
 
Міжнародне співробітництво 
 
У дослідницької роботі НДЛ-14 спільно с кафедрою теоретичної фізики тісно співпрацює з Інститутом теоретичної фізики НАН України, з кафедрами Київського та інших університетів України, з кафедрами та науковими установами багатьох країн (Росія, Узбекістан, Німеччина, США, Нідерланди), бере участь у виконані сумісних міжнародніх проектів.       
 
 
Список основних публікацій :
 
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.
 
Адреса, контактні дані: 
 
м. Одеса, вул. Пастера, 42, фізичний факультет 
Тел. +38048 731-75-56
Е-mail: dtp@onu.edu.ua,
сайт:  www. theorphys.onu.edu.ua
НАГОРУ