Найважливіші досягнення Інституту фізики конденсованих систем НАН України у 2008 році.

У галузі фундаментальних досліджень

Виявлено ефект пом’якшення частоти довгохвильових повздовжніх колективних збуджень оптичного типу в іонних розплавах, що обумовлений електронною поляризацією іонів. Шляхом поєднання засобів комп’ютерного ab initio моделювання та аналітичного методу узагальнених колективних мод вдалось кількісно оцінити зміну пропагаторної щілини між повздовжніми та поперечними оптичними модами і пов’язати її із значенням високочастотної діелектричної проникності іонного розплаву. Для рідин цей результат узагальнює співвідношення Ладдайна-Сакса-Теллера відоме для іонних кристалів. Розроблено методику визначення високочастотної діелектричної проникності іонних рідин за допомогою моделювання методом ab initio молекулярної динаміки ( Брик Т.М., чл.-кор. НАН України Мриглод І.М.).
Прямим інтегруванням рівняння Боголюбова між унарними та бінарними функціями розподілу отримано точний вираз для контактного значення профілю заряду несиметричних за розмірами та зарядами іонних систем поблизу зарядженої поверхні. Для систем із однотипними іонами це співвідношення визначається сумою нормальної складової електростатичного тензора натягу Максвела, поверхневого електростатичного доданку, що виражається через інтеграл добутку від градієнта електричного потенціалу на функцію розподілу ко-іонів, і електролітичним доданком, що виражається сумою іонних вкладів від добутку їх зарядів на парціальні тиски. Сформульовані та досліджені умови спонтанного виникнення поляризації на нейтральній поверхні за рахунок асиметрії іонів (чл.-кор. НАН України Головко М.Ф.).
Розглянуто просту мікроскопічну модель невзаємодіючих частинок для опису енергетичного спектру іонної підсистеми в іонному провіднику Паулі. Із врахуванням можливості переходу до фази, що містить "конденсат", отримано фазову діаграму моделі у наближенні середнього поля. Враховано температурну залежність параметра перескоку іонів, зумовлену його термічною активацією. Обчислено одночастинковий спектр у наближенні хаотичних фаз. На прикладі квазіодномірної та тримірної систем досліджено частотну залежність густини станів у різних фазах в широкому діапазоні температур (чл.-кор. НАН України Стасюк І.В., Дулепа І.Р.)
Отримано нове представлення для спектральних функцій остовної дірки та f-електронів у моделі Фалікова-Кімбала, яке альтернативне оригінальному представленню Брандта і Урбанека. У цьому представленні розрахунки виконуються тільки на дійсній часовій осі, а не на всьому контурі Келдиша, що на порядок пришвидшує чисельний розрахунок і дозволяє розглядати як завгодно низькі температури. Загальний вираз для запізнюючої функції Ґріна включає два детермінанти неперервних матричних операторів зі структурою типу Тепліца. Застосовуючи дискретний підхід Вінера-Гопфа і теорему Сеґо отримано точні аналітичні формули для довгочасової поведінки функцій Ґріна; розглянуто випадки коли логарифм характеристичної функції, яка визначає неперервну матрицю Тепліца, здійснює і не здійснює виток навколо початку координат; проведено порівняння асимптотичних виразів із точними розв'язками, що знайдені шляхом екстраполяції прямих матричних розрахунків у границі нульової дискретизації (Швайка А.М.)
Для гетеро структур, що складаються із надтонких плівок LaAlO₃, нанесених на шар SrTiO₃, теоретично пояснено перехід типу ізолятор-метал при зміні товщини плівки LaAlO₃, експериментально виявлений у 2006 р. Досліджено системи із різним типом поверхневих конфігурацій, які включали шари AlO2 і LaO. Показано, що механізм цього переходу є пов’язаний із виникненням додаткової електричної поляризації у LaAlO₃ за рахунок великих статичних атомних зміщень біля поверхні, які зменшують електростатичне поле, що виникає завдяки полярності границь. Виявлено що нанесення додаткового поверхневого шару LaO супроводжується виникненням великих дипольних моментів у підсистемі SrTiO₃ та зростанням електронної густини у провідній зоні 5d орбіталей на атомах La (Павленко Н.І.).
Розвинуто метод анізотропних просторово-неоднорідних інтегральних рівнянь для визначення мікроскопічної структури областей розділу фазових середовищ у магнітних рідинах із планарною спіновою взаємодією. Отримано чисельні розв’язки для профілей густини та намагніченості на поверхні розділу газ-рідина для спінових моделей рідин типу XY у широкій області температур, включаючи субкритичну. Досліджено вплив зовнішнього магнітного поля на структуру профілів і коефіцієнт поверхневого натягу (Омелян І.П., чл.-кор. НАН України Мриглод І.М.).
Методом нерівноважного статистичного оператора отримано узагальнені рівняння переносу для опису реакційно-дифузійних процесів у системі “газ-адсорбат-поверхня каталізатора” із врахуванням бімолекулярних реакцій між адсорбованими атомами. Розглянуто граничні випадки переходу від цих рівнянь до рівнянь хімічної кінетики у феноменологічних та напівфеноменологічних підходах (Токарчук М.В.).
Досліджено особливості критичної поведінки в околі бі- та тетракритичних точок. Зокрема, розглянуто узагальнену модель, що характеризується О(n||)(n) симетрією. Отримано фазову діаграму у просторі компонент параметра порядку n||, n. Проаналізовано одне із можливих фізичних застосувань моделі – випадок n||=2, n=1, що відповідає антиферомагнетику в магнітному полі (Головач Ю.В.)
Запропоновано спосіб явного розрахунку сингулярної частини вільної енергії для тривимірної ізингоподібної системи, що перебуває у зовнішньому магнітному полі. Отримано вираз, що дозволяє у рамках єдиної схеми описувати її температурну та польову залежність. Встановлено, що в граничних випадках малих та великих значень поля цей вираз переходить у добре відомі залежності вільної енергії від температури чи зовнішнього поля (Козловський М.П.).
Для модифікованих моделей протонного впорядкування антисегнетоелектриків типу ND4D2PO4 із врахуванням лінійних за деформаціями внесків в енергію протонної системи в наближенні чотиричастинкового кластера вперше отримано відповідні термодинамічні потенціали. Розраховано поздовжню та поперечну статичні діелектричні проникності механічно затиснутого і механічно вільного кристалів, їх п’єзоелектричні характеристики, пружні сталі. Вперше розраховано квадратичні пружні, п’єзоелектричні характеристики та електрострикційні коефіцієнти цих кристалів; розраховано поперечну та поздовжню динамічні проникності, а також швидкості та коефіцієнти поглинання ультразвуку. Проведено ґрунтовний аналіз отриманих результатів і показано, що при належному виборі параметрів теорія забезпечує кількісний опис наявних експериментальних даних (Левицький Р.Р., Зачек І.Р., Вдович А.С.).

б) У галузі прикладних досліджень

Розроблено нові методи цифрової обробки кольорових зображень, на основі яких створена нова технологія кольороподілу для видавничо-поліграфічних систем із використанням запропонованого авторами нового кольорового простору ICaS, що ґрунтується на перетворенні Хартлі. Розроблено пакет комп’ютерних програм для реалізації методів нелінійної обробки та синтезу кольорових зображений на стадії додрукарської підготовки форм (Шовгенюк М.В.)
Методом молекулярної динаміки проведено дослідження впливу рівня pH середовища на гідратно-гідролізну структуру іона уранілу та утворення багатоядерних іонних структур. Показано, що рівень pH суттєво впливає на гідратну структуру уранілу, змінюючи її від форми UO₂²⁺(H₂O)₅ до UO₂²⁺(OH^-)₅. Дослідження ураніл-ураніл катіонних функцій розподілу при різних pH дало змогу виявити можливість утворення багатоядерних структур іонів уранілу та дослідити час їх життя (Дручок М.Ю., Брик Т.М., чл.-кор. НАН України Головко М.Ф.).
За допомогою квантово-хімічних ab initio розрахунків досліджено структуру карбонатних комплексів уранілу у водних розчинах та адсорбцію таких комплексів на поверхні силікатів. Знайдено оптимізовану структура комплексу UO₂CO₃, отримано дані про заряди і відстані у цьому комплексі. Встановлено, що карбонатний комплекс уранілу є достатньо стійкий і володіє великим дипольним моментом. Показано, що при адсорбції комплекс UO2CO3 слабше зв’язується із поверхнею порівняно з уранілом. Таким чином, карбонатні комплекси уранілу слабше осідають на поверхнях силікатів і можуть мігрувати у водні розчини (Мисакович Т.С., Стеців Р.Я.).
Проведено дослідження тонких колоноподібних плівок, що проявляють поляризаційну селективність і виготовлені технікою кутового осаджування. Скінчено-різницеві часо- та частотно-доменні методи використано для моделювання цих структур і знаходження їх оптимальної геометрії, що забезпечує ефективну селекцію поляризованого світла. Ці теоретичні дослідження були використані для приготування плівок на основі TiO₂ із неперервною та дискретною s-подібною морфологією. Спектрофотометричними вимірами показано, що для плівок із більш ніж 24 періодами спостерігається селективність для ортогонально-лінійно-поляризованих мод, що досягає одиниці. Кількісне узгодження результатів моделювання та експерименту демонструє добрі перспективи теоретичного розвитку високо-селективних поляризаційних фільтрів, що базуються на таких плівках (Табунщик К.).