Наукові відділи
Найважливіші наукові результати
- Відділ Астрофізики та елементарних частинок
- Відділ Фізики високих густин енергії
- Відділ Теорії квантових процесів у наносистемах
- Відділ Математичних методів в теоретичній фізиці
- Відділ Теорії нелінійних процесів в конденсованих середовищах
- Відділ Синергетики
- Відділ Теорії ядра і квантової теорії поля
- Відділ Комп'ютерного забезпечення наукових досліджень і науково-технічної інформації
Відділ Теорії квантових процесів у наносистемах
- Із врахуванням того факту, що переходи між станами молекулярного з'єднання відбуваються на фоні набагато швидших релаксаційних процесів у молекулярних термах та зонах провідності електродів, були отримані кінетичні рівняння для інтегральних заселеностей молекулярних термів, а також вирази для залежності від часу електронного струму та потужності випромінювання молекули-флуорофора. Продемонстрований часовий процес реорганізації трансмісійних каналів у залежності від величини та полярності напруги затвору та зовнішнього освітлення. Отримана залежність загальних швидкостей від частинних швидкостей, що характеризують перезарядку молекули, а також випромінюючи та невипромінюючі переходи в молекулі. Оцінки показують, що в транзисторі на основі ZnPc характеристичний час переходу складає 10-100 пс за умови, що струм залишається у діапазонні 0.1-10 нА .чл.-кор. Е.Г. Петров, Є.В. Шевченко
- Досліджено вплив пуассонівського ресетингу на випадкові блукання вузлами одновимірної гратки в найбільш загальному випадку, тобто для довільних значень кількості вузлів, частоти стрибків між сусідами, розташування початкового вузла та вузла ресетингу, а також довільних граничних умов (термінальних витоків). Обчислено всі основні спостережні процесу (умовні та безумовні середні часи першого досягнення/виходу, їхні коефіцієнти варіації, ймовірності "успіху/невдачі"). Описано ефекти оптимізації ресетингом ймовірностей бажаного завершення процесу, відповідних середніх часів та їхніх флуктуацій, а також вирішальну роль у цьому взаємного розташування початкового та ресетингового вузлів. Вказано можливі шляхи керування конформаційно розгалуженими багатостадійними біохімічними реакціями.Л.М. Христофоров
- Досліджено електронні властивості графенових квантових точок. На основі рівняння Дірака-Вейля вивчено електронний спектр і густину електронних станів в графеновій квантовій точці. Показано, що густина електронних станів подібна до атомних орбіталей Бора. Результати добре узгоджуються з експериментом.С.П. Кручинін
- На основі методів нерівноважної статистичної механіки отримано грубозернисті кінетичні рівняння, що описують повільні процеси на тлі більш швидких. У молекулярних системах найшвидшими процесами є коливальна релаксація та стохастичні відхилення положення електронних енергетичних рівнів системи від стаціонарних положень. Описано кінетику одно- та двоелектронного перенесення по білкових ланцюжках, передачу триплетного збудження в пігментно-білковому комплексі, кінетику температурно-незалежної десенситізації больових рецепторів, та конформаційну регуляцію ферментативних реакцій.Л.М. Христофоров, В.І. Тесленко, чл.-кор. НАН України Е.Г. Петров
- Запропоновано спосіб виявлення слабких осциляцій в частотній залежності електропровідності металевих наночастинок. Встановлено підсилення слабких осциляцій кінетичної електропровідності металевої наночастинки. З'ясовано, що амплітуда осциляцій зростає із меншанням радіуса частинки.М.І. Григорчук
- Отримано аналітичну залежність потужності випромінювання світла в молекулярному діоді від напруги зміщення та напруги на заслоні як при позитивній, так і при негативній полярностях. Показано, що напруга на заслоні керує потужністю через зсув орбітальних енергій відносно рівнів Фермі наноелектродів. Таке налаштування дає змогу досягти резонансного тунелювання електронів через молекулярний фотодіод і таким чином створити фотоактивний синглетний збуджений стан хромофора при менших напругах зміщення у порівнянні з напругами, які перемикають генерацію світла за відсутності заслону.чл.-кор. Е.Г. Петров, В.О. Леонов, Є.В. Шевченко
- Досліджено вплив атомних домішок на енергетичний спектр та електричну провідність графену. Аналітичні формули, одержані в рамках одноелектронної моделі сильного зв'язку Лiфшиця, було порівняно з результатами числових обчислень. Внесок розсіювання електронів на атомному випарі до густини станів та електропровідности графену з домішком міжвузлових атомів досліджено числовими методами. Показано, що більшання електропровідности зі зростанням параметра порядку є спільним наслідком зростання густини станів на рівні Фермі та часу релаксації електронних станів.С.П. Кручинін
- У безконволюційному за часом описові розв'язано задачу замикання конформаційних динамік необоротного двостадійного наноланцюга при стохастичній модуляції прямої чи зворотної швидкостей переходу. Показано, що ці динаміки значно розрізняються, набуваючи відповідно тетрамодального або бімодального вигляду.В.І. Тесленко
- Розроблено модель укладу молекул в моношарі, яка дала змогу проаналізувати походження самоорганізованих утворень молекул на основі ціано-децилбіфенілу в структурах зсунутих рядів, зумовлених конкуренцією між адсорбівною взаємодією молекула-підкладка та значними просторовими взаємодіями між сусідніми ціанобіфеніль-ними групами. Результати моделювання узгоджуються з квантово-механічними розрахунками з перших принципів та експерименталь-ними даними.О.Л. Капітанчук
- Отримано основні характеристики (стаціонарний розподіл, середній час першого досягнення ‒ MFPT) випадкових блукань зі стохастичним поверненням вузлами нескінченного або скінченного ланцюжка. Показано, що їхні залежності від частоти повернень суттєво відрізняються від тих, що спостерігаються у континуальних дифузійних моделях, змінюючись з експоненційних на степеневі. Для скінченних ланцюжків з'являється цікавий ефект виникнення й зникнення можливості мінімізації MFPT в залежності від відстані до цілі. Наведено приклад застосування результатів до проблеми оптимізації ензиматичних реакцій.Л.М. Христофоров
- Досліджено фізику переносу електронів на великі відстані в нанорозмірних молекулярних структурах, що являють собою молекулярні провідники зі структурними повторюваними одиницями. Отримано аналітичні вирази для тунельного струму та пояснено залежність вольт-амперних характеристик молекулярного провідника від довжини його внутрішньої частини, а також визначено параметри суперобмінної моделі, використаної для отримання аналітичних формул.чл.-кор. НАН України Е.Г. Петров
- Отримано аналітичні формули, які є зручними для описування експериментальних результатів стосовно тунельної провідності молекулярних ланцюжків. Продемонстровано широкі можливості модифікованої суперобмінної моделі для розуміння механізмів формування провідності, що проявилося при аналізуванні когерентного тунелювання електронів крізь алканові ланцюжки, прикріплені до електродів різноманітними якірними групами.чл.-кор. НАН України Е.Г. Петров, Є.В. Шевченко
- Розвинуто теорію поглинання енергії магнетної компоненти ультракороткого лазерного імпульсу металевими наночастинками. Для наночастинок, що мають форму сплющеного чи витягнутого сфероїда ретельно вивчено залежність цієї енергії від орієнтації магнетного поля відносно осі обертання сфероїда, ступеню його відхилення від сферичної форми та тривалості лазерного імпульсу.М.І. Григорчук
- Тунелювання електрона через бар'єр у бінарних InAs/GaAs квантових структурах, в яких є квантовий дріт та квантова точка, описано в термінах локалізованих і делокалізованих станів та їхніх спектральних розподілів. Показано добре узгодження теоретичних розрахунків з оптичними експериментами для цих наноструктур.С.П. Кручинін
- Знайдено точний розв'язок задачі замкненого описування неавтономних динамік абсорбувального двостадійного ланцюжка Маркова за присутності стохастичного дихотомічного процесу у прямій чи зворотній ймовірностях переходу між початковим і проміжним станами. Показано, що ці динаміки описуються диференціальними рівняннями четвертого порядку, що свідчить про внутрішню неавтономність двостадійного абсорбувального ланцюжка Маркова із стохастичною прямою швидкістю.В.І. Тесленко, О.Л. Капітанчук
- Розвинуто модифіковану суперобмінну модель формування нерезонансного тунельного струму через молекулярний дріт, що складається з регулярного ланцюжка та термінальних одиниць. На основі моделі інтерпретовано експериментальні дані із залежності вольт-амперних характеристик алканотіолового молекулярного дроту від числа C-C зв'язків у дроті, а також сформульовано умови, за яких найпростіша модель прямокутного бар'єру з ефективною електронною масою, що тунелює, може бути використана для оброблення експериментальних даних.чл.-кор. НАН України Е.Г. Петров
- Розвинуто теорію стимуляції ультракороткими лазерними імпульсами механічного обертання металевої наночастинки, розміщеної в середовищі із заданою діелектричною проникністю. Запропоновано поляризаційний механізм ґенерації обертальної сили для області частот, близьких до резонансів поверхневого плазмона.М.І. Григорчук
- Метод нерівноважної матриці густини для відкритої системи, що слабо взаємодіє з навколишнім середовищем, застосовано до розв'язання задачі максимізації ефективності дефектної системи шляхом мінімізації її чутливості до відмов у надійності в рамках абсорбувального ланцюга Маркова. Шляхом максимізації коефіцієнта конкурентоздатності, що пов'язаний із залежністю піка заселеності нестаціонарного стану відмов системи від логарифму вхідної швидкості переходу, показано, що розраховані коефіцієнти конкурентоздатності крихких відмов для IR оптоелектронних матеріалів, узгоджуються з їхньою продуктивністю, отриманою з експериментів.В.І. Тесленко, О.Л. Капітанчук
- На основі однозонної моделі сильного зв'язку вивчено вплив домішкових атомів на енергетичний спектр і електропровідність графену. Встановлено, що впорядкування атомів домішок на вузлах кристалічної ґратки призводять до появи щілини в енергетичному спектрі графену. Показано, що при деяких концентраціях домішок може мати місце перехід метал-діелектрик, який призводить до сильного зростання електропровідності графену.С.П. Кручинін
- Запропоновано схему ферментативного каталізу з урахуванням нелінійних ефектів субстрат-конформаційної взаємодії і показано, що утворення і зміна режимів функціювання фермента відбувається за сценарієм нерівноважних фазових переходів на рівні поодиноких молекул.Л.М. Христофоров
- Досліджено кінетику формування електролюмінесценції у наносистемах метал-молекула-метал із симетричними та асиметрич-ними зв'язками молекули з електродами та показано, що оптично активний стан молекули виникає за рахунок передачі енергії електрона, що переноситься молекулі як стрибковим шляхом, так і в результаті непружного тунелювання електрона. Для молекул-хромофорів знайдено умови посилення електролюмінесценції за рахунок як заміни інтерфейсу, так і зміни енергетичного спектру молекули.чл.-кор. НАНУ Е.Г. Петров, В.О. Леонов, Є.В. Шевченко
- Досліджено особливості релаксації енергії електронів на коливаннях ґратки в металах. Отримано аналітичну формулу для втрат електронної енергії за одиницю часу, необхідної для збудження акустичних коливань ґратки. Показано, що величина поглинутої ґраткою потужності визначається співвідношеннями температур Дебая і ґратки та ґратки і електронної температури.М.І. Григорчук
- Нестаціонарну теорію функціоналу густини застосовано для з'ясування механізмів циклізації фотохромних молекул діфурилетену, що їх досліджували методами фемтосекундної спектроскопії. На основі розрахованих спектрів збуджень, поверхонь потенціальної енергії та бар'єру перемикання для реакції циклізації запропоновано модель релаксаційного переходу від відкритої до закритої форми молекули діфурилетену при опроміненні світлом з різними значеннями довжини хвилі нагнітання.О.Л. Капітанчук
- З появою одномолекулярної спектроскопії високої роздільної здатності та можливостей спостереження за реакцією поодиноких ензимів, а також керування режимами їхнього функціювання, виникла нагальна потреба перегляду меж придатності класичних схем ферментативного каталізу і відхилень від них. За допомогою розробленого стохастичного підходу виконано теоретичний аналіз кінетики основних схем міхаелісівського типу з урахуванням динамічного безладу як у вільному ферменті, так і фермент-субстратному комплексі у випадках дискретних наборів конформацій або ж обмеженої структурної дифузії. Знайдено нові, іноді контр-інтуїтивні залежності швидкості утворення продукту від концентрації субстрату і параметрів реакційної схеми.Л.М. Христофоров
- Показано, що в молекулярному діоді можна спостерігати уніполярну електрофлуоресценцію, відмінну від тієї, що обумовлена неідентичним штарківським зсувом рівнів молекулярних орбіталей, які беруть участь у електронному транспорті. Природа зазначеної електрофлуоресценції полягає у тому, що зв'язок хромофорної групи молекули з одним електродом набагато сильніший за її зв'язок з іншим електродом. Це призводить до строго асиметричної заселеності збудженого молекулярного стану при однаковій за величиною, але різної за знаком, різниці потенціалів. Знайдено критичні різниці потенціалів, які змінюють режим трансмісії електронів через молекулу, а також сформульовано умови, за яких уніполярність може бути виявлена.Е.Г. Петров, В.О. Леонов, Є.В. Шевченко
- Запропоновано механізм розпаду плазмона через випромінювання фотонів при розсіюванні електронів на поверхні металевих частинок сфероїдальної формив певному діелектричному середовищі. Він дає можливість оцінити ширину лінії поверхневого плазмона в металевій наночастинці безпосередньо через тензор оптичної провідності, встановити її залежність від радіусу наночастинки і показника заломлення середовища.М.І. Григорчук
- Досліджено спіновий транспорт у вуглецевих нанотрубках з атомами хрому. Отримано точні вирази для функцій Гріна, термодинамічного потенціалу і тензору провідності з використанням методу діаграм. Показано, що явище спін-залежного транспорту електронів у вуглецевій нанотрубці є результатом сильних електронних кореляцій, обумовлених наявністю атомів хрому. Величина електричного струму спінової поляризації зростає разом з концентрацією атомів хрому і величиною зовнішнього збільшення магнітного поля.С.П. Кручинін
- На основі методу функціоналу густини для ряду молекул-похідних тер-антрилен-атинилену у нейтральних, іонізованих формах розраховано спектри енергії, значення потенціалів іонізації, електронної спорідненості, енергій реорганізації. Знайдено осцилювальний характер міжмолекулярних інтегралів перескоку як для дірок, так і для електронів. Передбачено домінівне значення рухливості дірок над рухливістю електронів.О.Л. Капітанчук
- Запроваджено тристадійну кінетичну модель блокування кальцієвих каналів біологічних мембран іонами нікелю. У відповідності до експерименту встановлено, що піки кальцієвого струму проявляють властивості гістерезису, підпорядковуються бімодальним розподілам відносно логарифма концентрацій антагоністу.В.І. Тесленко, Е.Г. Петров
- Описано особливості міграції, захоплення квантової частинки в ланцюжку з пастками. Знайдено нетривіальні залежності квантового виходу захоплення від інтенсивності пастки (зокрема, ефект "замкнення" частинки в ланцюжку зі збільшенням квантового виходу) і початкових умов міграції у випадках необмеженого, напівобмеженого, обмеженого ланцюжків.Л.М. Христофоров, А.Г. Загородній