Найважливіші досягнення Інституту фізики конденсованих систем НАН України у 2007 році.

а) У галузі фундаментальних досліджень

Для інтерпретації експериментально виявлених особливостей у критичній поведінці іонних рідин проведено теоретичне дослідження параметрів критичної точки і температури Гінзбурга в моделі зарядово-асиметричного іонного плину. Послідовно отримано ефективний гамільтоніан Ландау-Гінзбурга-Вілсона і виконано розрахунки температури кросоверу в залежності від параметра іонності. На цій основі вперше вдалося пояснити експериментальні результати про зменшення області кросоверу при переході від сольвофобних до кулонівських іонних плинів (чл.-кор. НАН України Мриглод І.М., Пацаган О.В.).
Для антиферомагнітних спінових граткових систем і граткових електронних систем з взаємодією Габбарда побудовано клас власних локалізованих станів. Зокрема, такі стани було сконструйовано для пилкоподібного ланцюжка (одновимірна гратка), граток кагоме і шахівниця (двовимірні гратки), гратки пірохлору (тривимірна гратка). Такі багаточастинкові власні стани складаються з незалежних магнонів чи електронів, що локалізовані у скінченій частині безмежної гратки і реалізуються у системах, простір основних станів яких вироджений і крастність виродження якого росте експоненційно з ростом розмірів системи. Це приводить до ненульової залишкової ентропії. Показано, що такі локалізовані стани можна зобразити просторовими конфігураціями газу деяких жорстких об’єктів на гратці, що дозволяє описати аналітично їх низькотемпературну термодинаміку в околі певних значень магнітного поля чи хімічного потенціалу (Держко О.В.).
Досліджено енергетичний спектр скінченних одновимірних сильноскорельованих систем з іонною і протонною провідністю. За допомогою розрахунків, виконаних методом точної діагоналізації, підтверджено результати, що були отримані раніше в рамках аналітичних підходів. Зокрема, встановлено, що при достатньо сильних кореляціях у спектрі системи виникає розщеплення, яке є ознакою переходу типу метал-діелектрик. Ефект зникнення щілини при підвищенні температури і, відповідно, суттєвого росту провідності може лежати в основі пояснення природи суперіонного переходу, що спостерігається у багатьох кристалах із протонною (іонною) провідністю (чл.-кор. НАН України Стасюк І.В., Воробйов О.А.)
Запропоновано новий підхід до розрахунку профілів електростатичного потенціалу в неоднорідних іонно-молекулярних системах із границею розділу фаз за допомогою методу молекулярної динаміки. Апробація запропонованого підходу для системи вода-пара показала добре узгодження із традиційними методами розрахунку профілів потенціалу. Показано суттєві переваги нового підходу. Вперше розраховано профілі електростатичних потенціалів на границях розділу лід-вакуум та лід-вода, що важливо для пояснення ефекту розділення домішкових зарядів при кристалізації водних розчинів електролітів (Брик Т.М.).
Запропоновано нову версію термодинамічної теорії збурень для дипольних рідин із великим значенням дипольного моменту. На відміну від інших теорій запропонований підхід дозволив отримати фазову діаграму рідина-газ для системи дипольних твердих сфер із параметрами критичної точки, що перебувають у добрій кількісній згоді з оцінками, отриманими на основі комп’ютерного моделювання (Калюжний Ю.В., Процикевич І.А.).
Запропоновано пояснення процесу розділення полімерів у розчині, частина якого знаходиться у пористому середовищі. З цією метою вивчено вплив далекосяжно-скорельованого безладу на ентропійні і масштабні властивості полімерних зірок. Застосовуючи метод теоретико-польової ренормалізаційної групи показано, що в певній ділянці значень параметра кореляції безлад змінює масштабні властивості полімерів. Як наслідок, у розчині полімерних ланцюгів та полімерних зірок однакової молекулярної ваги зіркові полімери зазнають сильнішого ніж полімерні ланцюги осмотичного тиску і сильніше виштовхуються із пористого середовища. Неочікуваним результатом є те, що полімерні ланцюги віддають перевагу більш корельованому середовищу такої ж густини, в той час як для зіркових полімерів передбачено протилежний ефект (Головач Ю.В.).
Досліджено оптичні та транспортні властивості сильноскорельованих електронних систем у зарядово-впорядкованій фазі. В рамках теорії динамічного середнього поля отримано точні результати для температурних залежностей густини станів, оптичної провідності, електропровідності та електронного внеску у теплопровідність для моделі Фалікова-Кімбала. Отримано оптичні правила сум та проаналізовано поведінку середньої кінетичної енергії електронів у зарядововпорядкованій фазі. Встановлено, що додаткові піки в оптичних спектрах і аномалії на температурних залежностях електро- і теплопровідності пов'язані з виникненням щілини на густині станів та заповненням щілини термічно активованими станами при утворенні зарядового впорядкування. Отримані результати можуть бути використані для опису оптичних спектрів та транспортних властивостей зарядововпорядкованих фаз кристалів типу ABO3 (Ba1-xKxBiO3) та TiSe2 (Швайка А.М., Матвєєв О.П.).
Розвинуто метод узагальнених колективних мод для дослідження динамічних властивостей молекулярних рідин. Отримано аналітичні вирази для часових кореляційних функцій та узагальнених коефіцієнтів переносу, пов’язаних з флуктуаціями числа частинок, імпульсу і енергії з врахуванням розподілу атомів в межах молекули. Запропонований підхід застосовано до опису динамічних процесів у воді на основі моделі ТІР4Р, для якої проведено також комп’ютерні розрахунки методом молекулярної динаміки. Показано, що врахування немарківських ефектів у кінетичних ядрах пам'яті дає змогу кількісно розрахувати в'язкість, теплопровідність і динамічний структурний фактор води в усій області частот і хвильових векторів, використовуючи лише декілька узагальнених колективних мод. Продемонстровано, що явне врахування атомної структури молекули є важливим не лише в області середніх і великих значень хвильового вектора, але і в довгохвильовій границі (Омелян І.П.).

б) У галузі прикладних досліджень

Розроблено та перевірено експериментально новий метод кодування графічних зображень на основі використання впорядкованих неперіодичних матриць Адамара. Цей метод захищено патентами України, США та міжнародною заявкою РСТ. З метою промислового використання методу в сучасних технологіях захисту цінних паперів розроблено спеціалізоване програмне забезпечення. Проведено роботи, направлені на впровадження нової технології захисту цінних паперів в умовах поліграфкомбінату “Україна” та Національного банку України (Шовгенюк М.В.).
В рамках моделі невзаємодіючих феромагнітних нановключень у немагнітній матриці проведено аналіз магнітних властивостей лавоподібних паливовмісних матеріалів в об’єкті «Укриття». На прикладі чорної кераміки з врахуванням полідисперсності включень проведено оцінки для константи анізотропії та середнього магнітного моменту окремого включення, а також намагніченості насичення об’ємного зразка із чорної кераміки. Отримані результати добре узгоджуються із експериментально виміряними для чорної кераміки залежностями магнітної сприй­нятливості від температури (чл.-кор. НАН України Мриглод І.М., Пилюк І.В., Соколов В.).
Використовуючи ab-initio квантово-хімічні розрахунки досліджено можливість формування поліядерних комплексів плутонілу у водних розчинах, а також адсорбцію плутонілу і таких комплексів на поверхні силікатів. Досліджено структуру таких комплексів із різною кількістю іонів плутонілу, знайдено розподіл зарядів у комплексах та їх геометричні характеристики, встановлено місця локалізації плутонілу на поверхні, розраховано енергію реакції. Показано, що при адсорбції спостерігається ефект ефективного зменшення заряду на комплексах з плутонієм і його збільшення на кластері, що моделює поверхню силікату. При взаємодії плутонію з поверхнею зменшується сила зв’язку поверхневих груп OH з атомом кремнію і поверхневі групи підходять ближче до плутонілу. Отримані результати є важливими при дослідженні таких об’єктів іншими методами, а також при виборі способів утилізації плутонілу (Мисакович Т.С., Стеців Р.Я., Краснов В.).
Отримано результати, що дають змогу оцiнити вплив пористого електрода на розподiл густини частинок розчинника i розчиненої речовини у порах. Врахування умови термодинамічної рівноваги пояснює відмінність між густинами рідини в об'ємі та у пористому середовищі. Можна очiкувати, що коректне врахування короткосяжних складових мiжчастинкових взаємодiй не змінить характер цих ефектів. Показано, що в двофазнiй системi на контакті слабоконцентрованого розчину електролiту з пористою матрицею вiдношення концентрацiй iонiв у порах i в об'ємному розчинi не залежить вiд густини iонiв, а визначається насамперед фiзичними властивостями розчинника i пористої матрицi (Сов’як Є.М.).