Найважливіші досягнення Інституту фізики конденсованих систем НАН України у 2013 році

а) У галузі фундаментальних досліджень

Методом ab initio молекулярної динаміки досліджено структурні, електронні та динамічні властивості рідкого рубідію при зміні зовнішнього тиску аж до 27.4 ГПа. Розрахунки проводилися при температурі 573К, що відповідає нещодавно проведеним експериментам із розсіювання рентгенівських променів для тисків до 6.6 ГПа. Моделювання проводилося для системи 300 частинок з використанням високоточних PAW потенціалів електрон-іонної взаємодії. Досліджено властивості рідкого Rb у семи термодинамічних точках. Показано, що при високих тисках електронна підсистема відчуває геометричні обмеження, які накладаються остовами атомів. Це приводить до часткової локалізації електронів у міжвузельному просторі. Така локалізація сильно впливає на динамічні властивості металічного розплаву, що чітко відображається на поведінці коефіцієнта дифузії і залежності швидкості звуку від тиску. Проведено порівняння з експериментальними даними (Брик Т.М.).

Досліджено конформаційні властивості заряджених полімерів (поліамфолітів) у розчинах із домішками, що скорельовані на мезоскопічному масштабі за степеневим законом із показником a. Застосовуючи підхід прямого полімерного перенормування, для моделі неперервного ланцюжка проаналізовано можливі сценарії скейлінгової поведінки поліамфолітів при різних значеннях параметра a. Чисельні дослідження проведено в рамках граткової двокомпонентної моделі поліамфоліта з сильно екранованою електростатичною взаємодією. У теоретико-польовому ренорм-груповому підході доведено еквівалентність впливу замороженого та відпаленого типів безладу на універсальні скейлінгові властивості гнучких полімерних макромолекул (Блавацька В.Б.).

Досліджено механізм появи дробових плато (зокрема плато 1/2) на залежностях намагніченості від магнітного поля у деяких тетраборатах рідкісноземельних металів, які мають квазідвовимірну структуру з ґраткою Шастри-Сазерленда і можуть вважатися магнетиками ізингового типу. Методом основних векторів і основних множин конфігурацій кластера знайдено розв’язок задачі про основні стани моделі Ізинга на такій ґратці зі взаємодією перших, других і третіх сусідів у зовнішньому полі. Показано, що модель має дев’ять повновимірних структур основного стану з невід’ємною намагніченістю, три з яких породжують плато 1/2 і дві з них є частково хаотизованими. Зроблено висновок, що плато 1/2 у таких системах породжує взаємодія третіх сусідів, тобто взаємодія вздовж діагоналей «порожніх» квадратів на ґратці Шастри-Сазерленда (Дубленич Ю.І.).

Вперше в рамках самоузгодженого підходу строго показано, що температура Гінзбурга для критичної точки «газ-рідина» примітивної моделі іонного плину приблизно в 20 разів менша, ніж для моделей незаряджених частинок. У рамках узагальненої моделі, що враховує (окрім кулонівських міжчастинкових взаємодій) ще й короткосяжне притягання, проведено розрахунки температури Гінзбурга для різних співвідношень інтенсивностей взаємодій. Показано, що значення, типові для примітивної моделі, досягаються в границі, коли сила кулонівської взаємодії стає домінуючою. Цей результат пояснює експериментальні дані, що стосуються різноманітних систем, у яких через зміну діелектричної постійної розчинника модифікується інтенсивність кулонівських взаємодій (Пацаган О.В.).

Запропонована термодинамічна теорія збурень другого порядку для твердосферної моделі функціоналізованих колоїдів із силовими центрами типу A і B. AB взаємодія ініціює утворення просторової сітки зв'язаних частинок, а AA та BB взаємодії є відповідальними за утворення ланцюгових структур. Теорію застосовано для дослідження фазової поведінки моделі при різних значеннях параметрів взаємодії. Конкуренція між утворенням ланцюгів та сітки зв'язків приводить до фазової діаграми «рідина-газ» із верхньою та нижньою критичними точками. Модель із додатковою взаємодією типу ван дер Ваальса може мати фазову діаграму з трьома критичними точками і двома окремими областями співіснування рідини та газу (Калюжний Ю.В.).

Для опису нелінійного діелектричного та п’єзоелектричного відгуку сегнетової солі розроблено мікроскопічну модель, що враховує взаємодію псевдоспінів, які впорядковуються, із псевдоспінами, відповідальними за дипольні реорієнтовні дефекти, та з внутрішнім полем, яке створюється жорсткими (нереорієнтовними) дефектами. З використанням підходу Глаубера розраховано динамічні лінійні, квадратичні і кубічні діелектричні проникності та п’єзоелектричні модулі системи. Описано спостережувану релаксаційну дисперсію проникності сегнетовії солі в частотній області до 1 кГц, яку пов’язують з динамікою дипольних реорієнтовних дефектів. Показано, що при врахуванні впливу дефектів, температурні залежності знайдених характеристик добре узгоджуються з наявними експериментальними даними (Moїнa А.П.).

Знайдено точний розв’язок для квантового спінового ортогонально-димерного ланцюжка з гайзенбергівською взаємодією між спінами у димерах та ізингівською – між спінами у сусідніх димерах. Модель проявляє два проміжних плато ¼ та ½ в основному стані та макроскопічне виродження у критичному полі, при якому спостерігається стрибок намагніченості. Проаналізовано вплив конкурентних взаємодій на термодинамічні та магнітні властивості моделі і показано як макроскопічне виродження проявляється у низькотемпературній поведінці намагніченості, ентропії та теплоємності. Детально вивчено можливість посилення магнетокалоричного ефекту, а також показано як можна модифікувати модель для опису деяких біметалічних полімерних сполук (Верхоляк Т.М.).

Досліджено критичну поведінку q-станової моделі Поттса на нескорельованій відпаленій безмасштабній мережі з функцією розподілу ступенів вузлів P(k), що характеризується степеневим згасанням із показником λ. Отримано фазову діаграму, яка демонструє, що в залежності від значень q і λ в системі відбуваються фазові переходи першого чи другого роду, або ж система залишається впорядкованою при будь якій скінченній температурі. Для фазових переходів другого роду параметри λ і q визначають клас універсальності. Як граничний випадок q=1 розглянено перколяцію на складній безмасштабній мережі, знайдено значення критичних показників і показано, що при граничному значенні λc=4 з’являються логарифмічні поправки до скейлінгу (Красницька М., Головач Ю.В.).

б) У галузі прикладних досліджень

Проведено кількісний аналіз деяких характеристик системи оцінювання наукової роботи у Великій Британії. Зокрема, проведено порівняння показників ефективності наукових груп, що отримані на основі двох підходів: експертного оцінювання та використання даних про цитованість робіт. Джерелом експертних оцінок для наукових колективів стали результати спеціальної централізованої процедури RAE 2008 (Research Assessment Exercise), а індикатором цитованості – нормалізований показник, розрахований компанією Evidence, що увійшла у Thomson Reuters під назвою Research Analytics. Виявлено, що екстенсивні значення показників, які характеризують загальну ефективність групи пропорційну до її розміру, є сильноскорельованими (другий ряд рисунків), на відміну від інтенсивних значень, нормалізованих на кількість членів групи (перший ряд рисунків). Таким чином, рейтинги колективів, що будуються на усереднених показниках цитованості та експертних оцінках RAE, суттєво відрізняються. Результати дослідження можуть бути корисними при розробці нових стратегій оцінювання ефективності наукової роботи (Мриглод О.І., Головач Ю.В.).

Розроблена нова версія комп’ютерної програми синтезу кольорового зображення на основі кольороподілених зображень, що отримуються за оригінальною інформаційною технологією ICaS–ColorPrint®. Особливістю цієї програми стало те, що вона дозволяє отримати файли прямого виводу кольороподілених зображень на друкарську форму за технологією CtP «комп’ютер–форма», а також отримати графічний файл синтезованого кольорового зображення для цифрового кольорового друку на папері (Шовгенюк М.В.).

Запропоновано схему на основі підходу метадинаміки для розрахунку розчинення кварцу та інших мінералів металооксидів. Схема реконструює профіль вільної енергії в багатовимірному просторі трьох колективних змінних, які були обрані для “контролю” всіх елементарних реакцій, що відбуваються при розчиненні. Реакції включають гідроліз мостикових киснів (Si-O-Si) їх протонуванням та утворення поверхневих Si–O–H груп і приєднання гідроксильної групи до атома кремнію (O-H-Si) у розчині. Використовуючи цей підхід, досягнуто стабільного повторення подій розчинення з поверхні та приєднання до неї елемента кварцу, які підтвердили, що всі потенціальні ями були рівною мірою доступні при реконструкції. Запропонована схема є перспективною для моделювання розчинення інших мінералів. І хоча вона вимагає більше обчислювальних ресурсів, ніж інші одновимірні підходи, вона приводить до значно кращих результатів (Глушак С.П.).