Найважливіші досягнення Інституту фізики конденсованих систем НАН України у 2014 році

а) У галузі фундаментальних досліджень

Для опису впливу пористого середовища на фазову поведінку та перколяційні властивості функціоналізованих колоїдів розвинуто статистичний підхід, що поєднує ідеї теорій асоціативних рідин, масштабної частинки і геляції Флорі-Штокмаєра. Показано, що зі зменшенням пористості середовища критична точка переходу рідина-газ зсувається в область менших густин і температур, область співіснування рідина-газ зменшується, а поріг перколяції зсувається в область менших густин. Проведено верифікацію отриманих результатів методом комп’ютерного моделювання і знайдено добре узгодження обох підходів (чл.-кор. НАН України Головко М.Ф., Калюжний Ю.В., Пацаган Т.М.).

Методом огрубленої молекулярної динаміки досліджено структуру дефектів, що формуються в рідкому кристалі навколо сферичної колоїдної частинки. Запропоновано дві моделі колоїда: "м’який колоїд", який репрезентує рідкокристалічний дендример або подібну макромолекулу, та "декорований колоїд", що описує наночастинку з поверхнею, декорованою рідкокристалічними групами.

Для порівняння з експериментом розраховано константи пружності Франка, когерентну довжину парної орієнтаційної кореляційної функції і когерентну довжину поверхневого зчеплення на поверхні колоїда. Обидві моделі приводять до формування тих же дефектів, а саме: типу кільця Сатурна для гомеотропного зчеплення і "буджум"-дефекту для тангенціального зчеплення. Виявлено новий дефект – біаксіальний буджум, який спостерігається для випадку поздовжнього планарного зчеплення (Ільницький Я.М.).

Досліджено конформаційні властивості кільцевих полімерів у розчинах за наявності структурних неоднорідностей, що скорельовані на великих масштабах за степеневим законом. Застосовуючи підхід прямого полімерного перенормування, отримано аналітичні оцінки для усередненого радіуса гірації і асферичності типової конформації кільцевого полімера. Кількісно продемонстровано тенденцію до зростання ефективного розміру та анізотропії замкнених кільцевих полімерних макромолекул у невпорядкованих середовищах (Блавацька В.Б.).

Досліджено вплив конкуренції кулонівських і дисперсійних сил на фазову поведінку газ-рідина в рамках зарядово-асиметричної моделі іонних плинів. В однопетлевому наближенні розраховано критичні параметри і криві співіснування в залежності від безрозмірного параметра взаємодій, що характеризує відносну інтенсивність кулонівської та короткосяжної взаємодій. Знайдено дуже вузьку область цього параметра, що обмежена з обох сторін трикритичними точками, яка відокремлює моделі з «неіонною» та «кулонівською» фазовою поведінкою (Пацаган О.В.).

Методом точної діагоналізації розраховано енергетичний спектр скінченого одновимірного квантового іонного провідника, що описується ґратковою моделлю, в якій частинки підлягають змішаній статистиці Паулі. Враховано іонне перенесення тунельного типу, взаємодію між сусідніми іонами, а також модулююче поле, що походить від далекодії. Обчислено одночастинкові спектральні густини і проаналізовано їх форму в широкій області зміни параметрів моделі і температури. Встановлено можливість існування різних фаз: зарядовпорядкованої фази (CDW),  фази типу моттівського діелектрика (MI) та фази з бозе-конденсатом (т.зв. суперфлюїд (SF)). Побудовано відповідні фазові діаграми.  Перехід із CDW- до SF-фази відповідає переходу до суперіонного стану і відбувається при підвищенні температури або відході від половинного заповнення частинок. Числовим розрахунком підтверджено, що при ненульовій температурі фазові перетворення мають кросоверний характер  (чл.-кор. НАН України Стасюк І.В., Стеців Р.Я., Воробйов О.А.)

Знайдено точно основні стани спін-1/2 моделі Ізинґа-Гайзенберґа на ґратці Шастри-Сазерленда. Показано, що модель проявляє 1/3- і 1/2-плато у поведінці намагніченості. Досліджено фази, які відповідають цим плато, і розраховано значення критичних полів, що добре узгоджуються із результатами  для моделі Гайзенберґа на згаданій ґратці навіть у випадку суттєвої міждимерної взаємодії. Проаналізовано можливість використання запропонованої моделі до опису критичних полів у сполуках CsCu₂(BO₃)₂ та (CuCl)Ca₂Nb₃O₁₀ (Верхоляк Т.Б.).

Розглянуто задачу про каталітично-активні реакції, що моделюються ґратковим газом на ґратці Бете, в якій частина вузлів є каталітичними. Отримано фазову діаграму, де існує впорядкований стану адсорбату. Встановлено, що для концентрацій каталітичних вузлів, вищих за певне критичне значення, зі збільшенням активності в системі спостерігається перехід другого роду із невпорядкованого стану у впорядкований, а при подальшому зростанні активності має місце зворотній перехід. Показано, що зворотній перехід може бути другого або першого роду в залежності від концентрації каталітичних вузлів (Дудка М.Л.).

б) У галузі прикладних досліджень

Проведено моделювання процесів флокуляції/коагуляції та сидеминтації наночастинок глини у сумішах відходів, отриманих після виділення нафти з нафтових пісків. Використано аналітичні методи теорії RISM та комп’ютерне моделювання. Основною метою дослідження є відбір та скрінінг флокулюючих полімерних додатків для пришвидшення седиментації наночастинок глини, а також виділення води з відходів нафтового виробництва. Ключова роль відводиться при цьому розвитку та застосуванню одно- та тривимірної версій RISM-теорії, які чисельно привабливіші за методи молекулярної динаміки (Глушак С.П.).

У розвиток запропонованої раніше нової інформаційної технології для кольороподілу складних зображень ICaS-ColorPrint® розроблено пакет спеціалізованого програмного забезпечення для виробничого використання включно із принципово новою комп’ютерною програмою ICaS ColorSyntesis. З допомогою цього програмного продукту забезпечується здійснення технологічних процесів синтезу кольорового зображення оригіналу та повний цикл технологічних операцій додрукарської підготовки цифрових файлів друку для прямого виводу на друкарську форму та на папір. Програмою автоматично забезпечується порівняння синтезованого зображення з оригіналом для оцінки якості кольоровідтворення відповідно до вимог сучасних технології кольорового друку. При цьому досягнуто високу якість відтворення зображення, виняткову контрастність в областях темних тонів. За результатами досліджень підготовлено до друку ілюстрований альбом художніх фотографій в умовах партнера – Компанії “Юнівест ПреПрес” (Київ). Розроблений науково-технічний продукт є повністю вітчизняним і може складати гідну конкуренцію загальновживаним імпортним графічним редакторам (Шовгенюк М.В.)