Актуальность и цели. Уравнение Хохлова - Заболотской является одним из важных инструментов анализа распространения звуковых волн в газообразной среде и жидкостях, а также в задачах обтекания профилей сжимаемой жидкостью. Нелинейность этого уравнения требует специальных методов построения решений и их анализа. Целью работы является построение точных решений уравнения Хохлова - Заболотской с помощью связывания их в трехмерном пространстве квизилинейными уравнениями первого порядка. Такой подход дает важную информацию о характере решений уравнения Хохлова - Заболотской и его обобщений.
Материалы и методы. В данной работе решения уравнения Хохлова - Заболотской строятся с помощью метода ривертонов (решений систем квазилинейных уравнений первого порядка специального типа). Описывается общая процедура вывода уравнения Хохлова - Заболотской из системы квазилинейных уравнений первого порядка.
Результаты. Основным результатом является построение в неявном виде множества точных решений уравнения Хохлова - Заболотской, зависящих от трех функциональных параметров. Это позволяет строить решения при заданных условиях вдоль координатных осей. Представлен общий способ анализа таких решений с указанием базовых кривых, вдоль которых движутся плоские волновые фронты решений, а также областей, в которых число листов многозначных решений фиксировано.
Выводы. Предложенный метод построения решений позволяет строить точные решения уравнения Хохлова - Заболотской, соответствующие заданным условиям вдоль координатных осей и анализировать их геометрические свойства.
Актуальность и цели. В настоящее время хорошо известны эффекты размерного квантования в узких нанопроводниках (нанолентах и нанотрубках), вызывающие появление квантов электрического сопротивления, электроемкости и индуктивности. Не менее известны эффекты магнитного квантования, приводящие в двумерных проводниках к появлению квантов холловского сопротивления и магнитосопротивления. Целью данной работы является исследование влияния размерного и магнитного квантования на термомагнитные эффекты Риги - Ледюка и магнитотеплопроводности.
Материалы и методы. Объектами исследования являются металлические графеновые наноленты шириной не менее 100 нм и длиной, не превышающей длину баллистического транспорта электронов (менее 1 мкм). В работе используются известные методы квантовой физики, кристаллофизики и квантовой теории явлений переноса в двумерном электронном газе.
Результаты. Исследованы антисимметричные и симметричные части тензора удельных тепловых сопротивлений 2D-проводника в поперечном магнитном поле. Получены явные выражения для кванта удельного теплового сопротивления Риги - Ледюка и кванта коэффициента удельного абсолютного магнитотеплосопротивления. Результаты исследования могут быть использованы при разработке термомагнитных датчиков, магнитотерморезисторов и других термомагнитных приборов.
Выводы. Показано, что локализация электронов в узких графеновых нанолентах вследствие совместного размерного и магнитного квантования приводит к появлению квантового эффекта Риги - Ледюка и квантов коэффициентов Риги - Ледюка, удельного теплового сопротивления Риги - Ледюка и коэффициента удельного абсолютного магнитотеплосопротивления.
Актуальность и цели. Пространственная локализация фононного газа в пределах наноленты или нанотрубки, подобно локализации газа свободных носителей заряда, должна вызывать квантование тепловых характеристик нанотеплопровода, равно как имеет место кантование электрических характеристик в нанопроводниках электрического тока. Известен универсальный квант теплопроводности и обратный ему квант теплового сопротивления, аналогичный сопротивлению фон Клитцинга. Известны также кванты погонной емкости и погонной индуктивности. В связи с этим возникает актуальная задача поиска их тепловых аналогов, тем более, что теплоемкость известна, а тепловая индуктивность недавно обнаружена. Целью настоящей работы является решение данной задачи.
Материалы и методы. Объектами исследования являются теплопроводы в виде нанолент и нанотрубок баллистической длины с поперечными размерами, не превышающими 100 нм, из гексагонального нитрида бора, являющегося диэлектриком. Это позволяет исключить из тепловых эффектов вклад электронов и ограничиться анализом лишь фононных эффектов.
В работе использовались известные методы квантовой физики, физики твердого тела, кристаллофизики и квантовой теории явлений переноса.
Результаты. Получены явные выражения для квантов погонной теплоемкости и погонной тепловой индуктивности, а также числа фононных каналов баллистической теплопроводности в наномасштабных двумерных теплопроводах. Показано, что на основе таких теплопроводов могут быть созданы резонаторы температурных волн терагерцового диапазона частот.
Выводы. Показана возможность существования квантов погонной теплоемкости и погонной тепловой индуктивности в нанолентах и нанотрубках из гексагонального нитрида бора и получены описывающие их выражения. Показано, что в случае малого коэффициента термоупругого взаимодействия в указанных выше наномасштабных теплопроводах могут независимо друг от друга возбуждаться как упругие, так и температурные бегущие и стоячие волны.
Актуальность и цели. Зависимости интенсивности света от времени и фототока, протекающего в резисторе, в общем случае описываются различными функциями. Исследованы способы получения зависимости от времени интенсивности импульсов света произвольной формы, следующих с частотой ω, по зависимости фототока от времени при наличии рекомбинации носителей заряда на поверхности полупроводника.
Материалы и методы. Результаты получены на основе исследования кинетики фотопроводимости резистора для линейного и квадратичного закона рекомбинации в объеме полупроводника. Учтена диффузия неравновесных носителей заряда к поверхностям фоторезистора с их последующей поверхностной рекомбинацией. Первый способ основан на использовании операции дифференцирования фототока. Второй способ позволяет восстановить интенсивность оптического импульса произвольной формы по амплитудам гармоник разложения функции, задающей зависимость тока от времени, в ряд Фурье.
Результаты и выводы. Нелинейные, частотные и фазовые искажения в области больших частот малы. Предложенные способы справедливы при выполнении неравенства ( - эффективное время жизни основных носителей заряда).
Актуальность и цели. В современном производстве приборов силовой электроники для низкотемпературного соединения их конструкционных элементов применяется технология спекания (синтеринга) с использованием специальных паст на основе ультрадисперсных порошков серебра. Ключевой проблемой при изготовлении таких паст является агломерация частиц серебра в порошке. Цель - разработка способов модификации гранулометрического состава порошков серебра, приводящих к увеличению в них доли субмикронных частиц.
Материалы и методы. Проведено исследование ультрадисперсного порошка серебра отечественного производства. Гранулометрический состав порошка определялся методом лазерной дифракции с использованием гранулометра SALD-3101. Для измерений изготавливались суспензии исследуемого порошка в изопропиловом спирте с концентрациями 50 мкг/мл и 75 мг/мл. Суспензии подвергались обработке ультразвуком частотой 35 кГц в ультразвуковой ванне ПСБ-5735-05.
Результаты. Установлено, что исходный порошок серебра состоял из двух фракций частиц размером от 0,5 до 2,0 мкм и от 10 до 500 мкм. В результате ультразвуковой (УЗ) обработки низкоконцентрированной суспензии порошка (50 мкг/мл) в течение 80 мин объемная доля частиц субмикронной фракции повышается с 18 до 60 %. Длительная (4 ч и более) УЗ-обработка высококонцентрированной суспензии (75 мг/мл) не приводит к появлению в ней частиц серебра размером менее 1 мкм. Такие частицы появляются в суспензии при добавлении в нее миристиновой кислоты в качестве диспергатора с последующей УЗ-обработкой. Разбавление суспензии изопропиловым спиртом до концентрации 50 мкг/мл с последующей УЗ-обработкой позволяет увеличить объемную долю частиц серебра размером менее 1 мкм до 70 %.
Выводы. Разработан способ модификации гранулометрического состава ультрадисперсных порошков серебра, позволяющий увеличить объемную долю субмикронных частиц до 70 %.
Актуальность и цели. Прозрачные проводящие оксиды на основе SnO₂: Sb представляют собой перспективный материал для создания прозрачных электродов в оптоэлектронных устройствах. Понимание механизмов проводимости и релаксации носителей заряда в этих материалах имеет большое значение для оптимизации их электрофизических свойств. Целью исследования является анализ зависимостей времени релаксации от концентрации электронов, проводимости и подвижности в SnO₂: Sb на основе использования различных методов интерполяции и аппроксимации, а также сопоставление полученных результатов с теорией Друде.
Материалы и методы. Использованы результаты экспериментальных данных об электрофизических параметрах для образцов SnO₂: Sb, в том числе концентрации электронов ( n ), проводимости (σ), подвижности (μ) и времени релаксации (τ). Для обработки данных применены три метода интерполяции: линейная интерполяция, интерполяция Акимы и кубический сплайн. Аппроксимация осуществлена методом наименьших квадратов с использованием полиномов первой степени.
Результаты. Выполнен сравнительный анализ различных методов интерполяции для зависимостей времени релаксации от влияющих факторов. Установлено, что зависимость времени релаксации от подвижности хорошо описывается линейной интерполяцией, что соответствует теории Друде. Для остальных зависимостей времени релаксации наиболее подходящей является интерполяция Акимы, учитывающая нелинейный характер зависимостей. Кубический сплайн демонстрирует осцилляции в областях с резкими изменениями данных. Полученные результаты согласуются с результатами, полученными на основе теории Друде.
Выводы. Результаты экспериментального исследования SnO₂: Sb хорошо согласуются с теорией Друде для описания электрофизических свойств прозрачных проводящих оксидов. Даны рекомендации по выбору метода интерполяции с учетом физической природы анализируемых зависимостей. Полученные результаты целесообразно использовать для оптимизации технологических режимов процесса получения SnO₂: Sb с заданными электрофизическими свойствами.
Актуальность и цели. Строится теория дисковых галактик с нарушением цилиндрической симметрии, которая решает проблему спиральной структуры галактик в рамках модели волны плотности общего вида.
Материалы и методы. Теория строится на основе классической гидродинамики сплошной самогравитирующей среды с квазиклассическим полем тяготения, содержащим описание эффекта скрытой массы (темной материи).
Результаты. Выведены уравнения пространственного распределения параметров среды и поля тяготения, а также уравнения эволюции масштабных факторов в условиях динамического равновесия вращающейся среды с нарушением цилиндрической симметрии. Устанавливается аналогия между эффектом скрытой массы и гравитационной проницаемостью среды. Рассматривается описание взаимодействия дисковой структуры с внешним окружением.
Выводы. Теория позволяет строить модели дисковых галактик со спиральной структурой при наличии эффекта скрытой массы. Такие модели включают описание собственной эволюции дисковых галактик при наличии внешнего воздействия.
Актуальность и цели. Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения влияния постоянных магнитных полей на усталостную долговечность технически чистой меди и свинца, широко применяемых в промышленности и чувствительных к магнитным воздействиям, что позволит повысить надежность изделий и управлять их механическими свойствами. Цель - изучить влияние постоянного магнитного поля с индукцией 0,1-0,5 Тл на усталостную долговечность технически чистых меди и свинца.
Материалы и методы. Изготовлены образцы технически чистой меди марки М1 и свинца марки С2 размером 4 × 12 × 130 мм методом электроэрозионной резки на станке с числовым программным управлением. Испытания на усталость проводили на установке с циклическим асимметричным консольным изгибом при температуре (~300 K). Выбран режим с амплитудой нагружения 2,5 мм. Поверхность разрушения изучали методом сканирующей электронной микроскопии (KYKY EM6900) с анализом структуры в ImageJ, а элементный состав - с помощью Ultim Extreme.
Результаты. Результаты усталостных испытаний показали, что магнитное поле увеличивает долговечность меди М1 на 9-28 % и свинца С2 на 7 % при 0,3 Тл, но снижает ее при 0,4-0,5 Тл; разрушение меди происходит через три зоны с формированием субзеренной структуры, а у свинца магнитное поле изменяет морфологию излома и механизм разрушения. Эффект Зеемана, вызывая расщепление энергетических уровней электронов, изменяет активационные энергии движения дислокаций в диамагнитных металлах, что влияет на скорость их скольжения и механические свойства.
Выводы. Магнитное поле (0,1-0,25 Тл) увеличивает усталостную долговечность меди на 9-28 %, влияя на механизм разрушения через формирование субзеренной структуры. Магнитное поле при 0,3 Тл повышает усталостную долговечность свинца на 7 %, а при 0,4-0,5 Тл значительно снижает ее из-за влияния на подвижность дислокаций и морфологию излома. Эффект Зеемана изменяет электронную структуру диамагнитных металлов, меняя активационные энергии движения дислокаций и скорость их скольжения, что влияет на механические свойства.
Актуальность и цели. Целью работы является численное исследование особенностей резонансных (за счет возбуждения и распространения плазмонных возбуждений) поляризационных магнитооптических (МО) эффектов и способов управления поляризацией терагерцового (ТГц) излучения при рассеянии на решетках графеновых нанолент во внешнем магнитном поле.
Материалы и методы. Графен - 2D-материал с уникальными оптическими и электронными свойствами - служит платформой для новых ТГц-приложений и микроминиатюрных систем с новыми возможностями. Возбуждение поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов с законом дисперсии, измененным вследствие приложения внешнего магнитного поля, значительно усиливает МО-эффекты в графеновых структурах. Впервые численное исследование поляризационных МО-эффектов проведено методами автоматизированного моделирования с помощью программного комплекса CST MWS на основе решения (методом конечных элементов в частотной области) электродинамической задачи дифракции волны на решетке графеновых нанолент при приложении перпендикулярного внешнего магнитного поля и анализа характеристик дифрагированного поля в ТГц-диапазоне.
Результаты. Получены результаты моделирования 3D- e-Field- диаграмм рассеяния нормально падающей TEM-волны p -поляризации на ячейке решетки графеновых нанолент в перпендикулярном внешнем магнитном поле на частотах плазмонного (при B 0 = 0) и магнитоплазмонных резонансов для различных значений B 0 (2, 4, 7, 10 Тл). На основе анализа результатов расчета отношения горизонтальной и вертикальной компонент Ех/Еу дифрагированного поля и осевого соотношения AR в точках сечения (φ = 0°) главного лепестка 3D- e-Field -диаграмм рассеяния исследован вид поляризации рассеянного ТГц-излучения и рассчитаны угол вращения Фарадея плоскости поляризации прошедшей волны и угол вращения Керра, описывающий поворот оси поляризации отраженной волны.
Выводы. Из результатов численного исследования следует, что при дифракции нормально падающей TEM-волны p -поляризации на ячейке решетки графеновых нанолент при приложении перпендикулярного внешнего магнитного поля на частотах магнитоплазмонных резонансов наблюдаются перестраиваемые по частоте МО-эффекты: поворот плоскости поляризации линейно-поляризованной волны при прохождении через намагниченную графеновую решетку, когда волновой вектор падающей волны параллелен вектору напряженности внешнего магнитного поля (эффект Фарадея), при этом угол вращения Фарадея зависит от величины внешнего магнитного поля; изменение ориентации поляризации и эллиптичности отраженной волны (полярный МО-эффект Керра), линейно-поляризованная ТГц-волна, отражаясь от намагниченного графена, становится эллиптически поляризованной. При этом большая ось эллипса поляризации поворачивается на некоторый угол по отношению к плоскости поляризации падающего ТГц-излучения пропорционально величине внешнего магнитного поля.
Актуальность и цели. В настоящее время значительный интерес представляют способы бесконтактного управления диэлектрическими свойствами полупроводниковых наноструктур и окружающей их матрицы. Оптическая модуляция диэлектрической проницаемости в сочетании с управляемыми туннельными процессами дают возможность направленного изменения свойств низкоразмерных структур и, как следствие, оптимизации характеристик приборов полупроводниковой наноэлектроники. В этой связи полупроводниковые квантовые точки, туннельно-связанные с окружающей матрицей, представляют интерес, так как в таких структурах возможно образование примесных комплексов A + + e, фотовозбуждение которых может приводить к фотодиэлектрическому эффекту (ФДЭ). Цель работы заключается в теоретическом исследовании влияния туннельной прозрачности потенциального барьера на ФДЭ, связанный с возбуждением примесных комплексов A + + e в квазинульмерных структурах во внешнем магнитном поле.
Материалы и методы. Относительное изменение диэлектрической проницаемости (ОИДП) рассчитано в дипольном приближении. Кривые полевой зависимости ОИДП построены для InSb квантовой точки. Численные расчеты и построение графиков проводились с помощью систем численной математики Mathcad 14.0 и Wolfram Mathematica 10.2.
Результаты. В дипольном приближении исследована зависимость ОИДП в квазинульмерной полупроводниковой наноструктуре от величины индукции внешнего магнитного поля и параметров 1D-диссипативного туннелирования. Выявлен дихроизм ФДЭ, связанный с наличием внешнего магнитного поля. Показано, что внешнее магнитное поле подавляет ФДЭ, что связано с усилением локализации электронной волновой функции в магнитном поле, а также с модификацией электронного адиабатического потенциала. Показано, что величина ОИДП зависит от параметров диссипативного 1D-туннелирования.
Выводы. В магнитном поле возможно эффективное управление ФДЭ за счет модификации электронного адиабатического потенциала и электронной волновой функции путем варьирования параметров диссипативного туннелирования.
Актуальность и цели. Целью работы является численное исследование особенностей магнитоплазмонных эффектов, возникающих при дифракции терагерцовых (ТГц) волн на графеновых метаповерхностях во внешних магнитных полях.
Материалы и методы. Преимуществом графена перед обычными плазмонными материалами для применения в плазмонных и магнитооптических устройствах является высокая чувствительность поверхностных магнитоплазмон-поляритонов к внешним магнитным полям, поскольку циклотронная частота сравнима с плазмонной частотой в ТГц- и дальнем инфракрасном диапазонах. Численное исследование магнитоплазмонных резонансов графеновых метаповерхностей в зависимости от величины внешнего магнитного поля и моделирование 3D -e-Field -диаграмм рассеяния на элементе графеновой метаповерхности (прямоугольной графеновой наноленте) проведено с помощью программы CST Microwave Studio. Для решения электродинамической задачи дифракции с помощью MWS CST выбран метод анализа графеновой метаповерхности (бесконечной периодической 2D-структуры) путем применения условий периодичности, которые сводят задачу для бесконечной структуры к анализу одного периода.
Результаты. Получены результаты моделирования 3D- e-Field -диаграммы рассеяния на элементе магнитно-смещенной графеновой метаповерхности (прямоугольной графеновой наноленте) падающей TEM-волны p - и s -поляризации для вертикальной Еy и горизонтальной Ех компонент дифрагированного поля на частотах магнитоплазмонного резонанса в ТГц-диапазоне. Проведен анализ магнитоплазмонных эффектов на основе расчета отношения компонент дифрагированного поля и осевого соотношения в точках сечения (φ = 0°) главного лепестка 3D -e-Field -диаграмм рассеяния при нормальном падении ТЕМ - волны p - и s -поляризации.
Выводы. Из результатов численного исследования характеристик магнитно-смещенных графеновых метаповерхностей следует, что на резонансных частотах наблюдаются магнитоплазмонные эффекты: появление другой компоненты дифрагированного поля, ортогональной по отношению к возбуждающей, а также магнитооптические эффекты вращения плоскости поляризации прошедшей волны (эффект Фарадея) и поворота плоскости поляризации и появление эллиптичности при отражении линейно-поляризованной волны от поверхности графена (магнитооптический эффект Керра), зависящие от величины внешнего магнитного поля.
Актуальность и цели. Рассматриваются особенности определения параметров кубической кристаллической решетки клатратных гидратов. Многие свойства клатратных гидратов аналогичны гексагональному льду, тем не менее взаимодействие поглощенных молекул с льдоподобной кристаллической решеткой имеет особенности.
Материалы и методы. Основным методом, который используется в работе, является получение параметров функциональной зависимости методом наименьших квадратов. Полиноминальный подход к единому описанию предлагается ввиду сложной природы движения гостевых молекул с их многочисленными степенями свободы, различных степеней связи этого движения с решеткой хозяина.
Результаты. Предложено использование полученного соотношения в зависимости от температуры системы и типа гидратообразователя. Средние расхождения согласно предложенному методу для гидратообразователей в температурных диапазонах от 10 до 280 К составляют 0,04 % и не превышают 0,09 %.
Выводы. Развитый подход позволяет получать более точные результаты в широком диапазоне условий.
- 1
- 2