Анотація до роботи:

Славін В.В. Вплив колективних ефектів на термодинамічні і кінетичні властивості низьковимірних дискретних решіткових систем.- Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора фіз.-мат. наук за фахом 01.04.02 – теоретична фізика.-Фізико-технічний інститут низьких температур ім Б.І.Вєркіна НАН України, Харків, 2006.

В дисертаційній роботі побудована термодинаміка одновимірних вузько-зонних електронних систем із дальнодіючим потенціалом міжчасткового відштовхування на упорядкованих та неупорядкованих решітках-матрицях при довільних значеннях електронної концентрації. Вивчено вплив дальнодії парного потенціалу на термодинамічні властивості цих систем. Носіями заряду є солітони дискретного типу, кожний солітон несе дробовий заряд. Доведено, що низькочастотні збудження, енергія яких є осцилююча функція оберненої електронної концентрації, є «домени».

У випадку неупорядкованих решіток-матриць структура основного стану містить малу, але кінцеву концентрацію фрустрацій типу «доменних стінок» навіть у випадку слабкого хаосу, завдяки чому порушується дальній порядок. Установлено, що спектр елементарних збуджень має безщілинний характер.

Вивчено питання про перенос енергії в одновимірних магнітодіелектричних системах при наявності точкових дефектів (іони Cu²⁺) на прикладі кристалу CsMnCl₃2H₂O. Установлено, що передача енергії від іонів Mn²⁺ до іонів Cu²⁺ стає можливою тільки в найнижчому збудженому стані ⁴T₁(⁴G) іона Mn² шляхом міграції оптичних збуджень та подальшого захоплення їх на пастки – іони Cu²⁺. Визначено температуру, нижче якої квантові ефекти в екситонному транспорті домінують над класичними.

Показано, що у двовимірних решіткових системах із дальнодіючим потенціалом міжчасткового відштовхування в основному стані завжди реалізується упорядкована фаза, незалежно від геометрії їхньої підкладки, ізотропії потенціалу й концентрації часток. Причина - в утворенні смуг, що представляють собою періодичні в одному напрямку структури, які розташовані в просторі відповідно до одновимірного алгоритму Хабарда. Це дозволяє говорити про ефективне зниження розмірності двовимірних систем. У випадку квадратної геометрії підкладки має місце складна фазова діаграма, що містить каскад структурних фазових переходів першого роду. У випадку трикутної геометрії фазові переходи відсутні, а основний стан системи описується єдиним універсальним алгоритмом Хабарда.

У дисертаційній роботі проаналізовано роль, яку грають вимірність структур і наявність у них домішок при формуванні енергетичних, термодинамічних і кінетичних властивостей. Показано, що дискретні решіткові системи с дально-діючим потенціалом міжчасткового відштовхування демонструють ряд фізичних властивостей, що якісно відрізняють їх як від континуальних решіткових систем, так і від дискретних решіткових систем, що характеризуються локальністю між-часткової взаємодії.

На основі детальних висновків, зроблених наприкінці кожної глави дисертації, можна виділити найбільш важливі результати, отримані в роботі:

1. Дослідження термодинаміки одновимірних решіткових систем із дально-діючим потенціалом міжчасткового відштовхування на упорядкованих решітках-матрицях показали, що урахування взаємодії тільки між найближчими сусідами дозволяє «знайти» електронні «кристали» із концентраціями часток c_e=1/q, q=1,2,…. Урахування взаємодії між наступними сусідами приводить до появи додаткової серії «кристалів» із концентраціями c_e=2/q, q=3,5,.. і т.д. Носіями заряду є солітони дискретного типу, кожен солітон несе дробовий заряд e/q.

2. Найбільш низькоенергетичними збудженнями являються «домени» - блоки суміжних «димерів». Концентрація «димерів» є осцилююча функція оберненої електронної концентрації. Структура, особливості і релаксаційні властивості «доменів» вивчені при довільних значеннях електронної концентрації.

3. В основному стані одновимірні решіткові системи на неупорядкованих решітках-матрицях містять малу, але кінцеву концентрацію фрустрацій типу «доменних стінок» навіть у випадку слабкого безладдя. У результаті відбувається порушення дальнього порядку.

4. Ентропія системи зберігає лінійний хід у низькотемпературному діапазоні при будь-якому безладді позицій вузлів решітки-матриці, що вказує на безщілинний характер спектра елементарних збуджень.

5. Нові швидкі чисельні методи, що базуються на представленні статистичної суми в термінах модифікованих трансфер-матриць, є потужними та зручними iнструментами вивчення структури основного стану і низькотемпературних термодинамічних властивостей досліджуваної системи.

6. Вивчено питання про перенос енергії в одновимірних магнітодіелектриках при наявності точкових дефектів (іони Cu²⁺) на прикладі кристала CsMnCl₃2H₂O. Показано, що відсутня як гібридизація відповідних станів матричної (Mn²⁺) і домішкової (Cu²⁺) підсистем, так і динамічний обмін енергією між ними в їхніх високоенергетичних станах. Передача енергії від іонів Mn²⁺ до іонів Cu²⁺ виявляється можливою лише в найнижчому збудженому стані ⁴T₁(⁴G) іона Mn²⁺ завдяки міграції оптичних збуджень і наступного захоплення їх на пастки – іони Cu²⁺.

7. Показано, що нижче деякої температури, що залежить як від енергії екситон-фононного зв'язку, так і від ефективної маси екситона, підбар’єрні ефекти в екситонному транспорті домінують над термоактиваційними.

8. Вивчено структуру основного стану двовимірних решіткових систем на упорядкованих решітках-матрицях. Установлено, що в основному стані завжди реалізується упорядкована фаза, незалежно від геометрії решітки-матриці, ізотропії потенціалу й концентрації часток. Причина полягає в утворенні смуг, що представляють собою періодичні в одному напрямку структури.

9. Показано, що смуги розташовуються в просторі відповідно до одновимірного алгоритму Хабарда, що дозволяє говорити про ефективне зниження розмірності розглянутих систем. Окремо вивчено випадки квадратної й трикутної геометрії решіток-матриць. У першому випадку має місце складна фазова діаграма, що описує структуру смуг як функцію концентрації часток і параметрів парної взаємодії. Має місце каскад структурних фазових переходів першого роду, а положення точок переходів є функцією концентрації часток і структури потенціалу міжчасткового відштовхування. У другому випадку фазові переходи відсутні й основний стан системи в інтервалі концентрацій c_e2 описується єдиним універсальним алгоритмом Хабарда.

Основні результати дисертації опубліковані у роботах:

1. Slavin V.V., Slutskin A.A. Thermodynamics of a One-Dimensional Lattice System with Long-Range Interelectron Repulsion // Phys.Rev.B.- 1996.-Vol.54, No.11.- P.8095-8100.

2. Славин В.В. Термодинамика одномерного обобщенного Вигнеровского кристалла // ФНТ.- 2003.-Vol.29, No.8.-C.900-905.

3. Slavin V.V. Low-temperature thermodynamic properties of a one-dimensional disordered electron lattice system // Sol.Stat.Com.-2004.-Vol.131, No.6.-P.355-358.

4. Slavin V.V. Numerical studies of a one-dimensional Generalized Wigner Crystal on disordered host-lattice // IJMP C.- 2004.-Vol.15, No.7.-P.955-965.

5. Slavin V., Slutskin A. Thermodynamics of low-density electron gas on highly disordered one-dimensional host lattice // IJMP B.- 2004.-Vol.18, No.20, 21.-P.2863-2876.

6. Славин В.В. Структура основного состояния и низкотемпературные термодинамические свойства одномерной электронной решеточной системы //УФЖ.-2005.-Vol.50, No.6.-C.602-609.

7. Slavin V.V., Slutskin A.A. Low-temperature thermodynamics of one-dimensional Wigner glass on a highly disordered host lattice // Physica B.-2005.-Vol.364, No.1-4.-P.321-327.

8. Slavin V. Low-energy spectrum of one-dimensional strongly correlated electron lattice system // Phys.Stat.Sol. (b).- 2005.-Vol.242, No.10.-P.2033-2040.

9. Slavin V.V. Low-temperature thermodynamic properties of one-dimensional disordered electron lattice system // Phys.Stat.Sol.(b).-2004.-Vol.241, No.3.-P.2928-2937.

10. Slavin V. Low-temperature thermodynamic properties of a one-dimensional generalized Wigner crystal // IJMP B.- 2005.-Vol.19, No.26.-P.4009-4019.

11. Карачевцев В.А., Славин В.В., Шапиро В.В. Влияние искажений магнитной структуры, индуцируемых примесями ионов Cu²⁺, на транспортные свойства экситонов в квазиодномерном антиферромагнетике CsMnCl₃2H₂O // ФНТ.-1995.-Vol.21, No.3.- C.278-281.

12. Eremenko V.V., Karachevtsev V.A., Shapiro V.V., Slavin V.V. Low Temperature Transport of Magnetic Excitons in the Quasi-One-Dimensional Antiferromagnet CsMnCl₃2H₂O Doped with Cu²⁺ ions // Phys.Rev.B.- 1996.-Vol.54, No.1.-P.447-453.

13. Karachevtsev V.A., Levitsky I.A., Slavin V.V. Monte Carlo Simulation of Exciton Trapping in Quasi-One-Dimensional Antiferromagnetic CsMnCl₃2H₂O // J.Chem.Phys.- 1995.-Vol. 107, No.7.-P.2656-2660.

14. Eremenko V.V., Karachevsev V.A., Slavin V.V. Phonon Termoactivated Exciton Tunneling in Crystals of Weak Transfer Complexes N-TCPA Doped with Nd8-TCPA // Chem.Phys.- 1997.-Vol.216, No.1-2.- P.1-6.

15. Єременко В.В., Казачков О.Р., Карачевцев В.А., Качур И.С., Пірятинська В.Г., Славін В.В., Сищенко О.О., Шапіро В.В. Оптичні збудження в квазіодно-вимірному антиферомагнетику з домішкою (CsMnCl₃2H₂O+Cu²⁺) // УФЖ.-1998.-Vol.43, No.11.- P.1393-1400.

16. Eremenko V.V., Karachevtsev V.A., Kachur I.S., Nedbailo N.Yu., Piryatinskaya V.G., Slavin V.V., Shapiro V.V. Absorption and luminescence of CsMnCl₃2H₂O crystals doped with Cu²⁺ // Journal of Luminescence.-2001.-Vol.92, No.1-2.-P.35-42.

17. Гнатченко С.Л., Еременко В.В., Качур И.С., Пирятинская В.Г., Славин В.В., Шапиро В.В. Фотоиндуцированное понижение валентности ионов ванадия в гранате NaCa₂Mn₂V₃O₁₂ // ФНТ.- 2004.-Vol.30, No.12.-C.1302-1306.

18. Deville A., Gaillard B., Slavin V., Stepanov A. ESR in the Electron-Doped Gd_2-xCe_xCuO₄ System // Physica C.- 1994.-Vol.235, No.3.-P.1641-1642.

19. Slutskin A.A., Slavin V.V., and Kovtun H.A. The ground state of the "frozen" electron phase in two-dimensional narrow-band conductors with long-range interparticle repulsion. Stripe formation and effective lowering of dimension // ФНТ.- 1999.-Vol.25, No.8/9.- C.936-943.

20. Slutskin A.A., Slavin V.V., and Kovtun H.A. Ground state of a two-dimensional lattice system with a long-range interparticle repulsion: Stripe formation and effective lowering of dimension // Phys.Rev.B.- 2000.-Vol.61, No.20.-P.14184-14193.

21. Slavin V., Slutskin A. Thermodynamics of a One-Dimensional (1D) Strongly Correlated Electron Lattice // Proc. 15^th General Conference on Condensed Matter Division of EPS.- Baveno-Strsa (Italy).- 1996.-P.308.

22. Eremenko V.V., Karachevtsev V.A., Shapiro V.V., Slavin V.V. Tunnelling Pro-cesses in Quasi-One-Dimensional Transport of Magnetic Excitons // Proc. 15^th General Conference on Condensed Matter Division of EPS.- Baveno-Strsa (Italy).- 1996.-P.129.

23. Shapiro V.V., Kachur I.S., Karachevtsev V.A., Kazachkov A.R., Piryatinskaya V.G., Slavin V.V. Redistribution of Optical Excitation Energy Between Host and Impurity Subsystems in Q-1-D AFM CsMnCl₃2H₂O Doped with Cu²⁺ Ions at Nitrogen Laser Pumping // Proc. 15^th General Conference on Condensed Matter Division of EPS.- Baveno-Strsa (Italy).- 1996.-P.190.

24. Космына М.Б., Назаренко Б.П., Пузиков В.М., Гнатченко С.Л., Еременко В.В., Качур И.С., Пирятинская В.Г., Славин В.В., Шапиро В.В. Выращивание и исследование оптических свойств монокристаллов антиферромагнитных ванадиевых гранатов // Труды международной конференции «ХI Национальная конференция по росту кристаллов» (НКРК-2004).- Москва (Россия).- 2004.- C.192.

Анотації

Публікації автора:

1. Slavin V.V., Slutskin A.A. Thermodynamics of a One-Dimensional Lattice System with Long-Range Interelectron Repulsion // Phys.Rev.B.- 1996.-Vol.54, No.11.- P.8095-8100.

2. Славин В.В. Термодинамика одномерного обобщенного Вигнеровского кристалла // ФНТ.- 2003.-Vol.29, No.8.-C.900-905.

3. Slavin V.V. Low-temperature thermodynamic properties of a one-dimensional disordered electron lattice system // Sol.Stat.Com.-2004.-Vol.131, No.6.-P.355-358.

4. Slavin V.V. Numerical studies of a one-dimensional Generalized Wigner Crystal on disordered host-lattice // IJMP C.- 2004.-Vol.15, No.7.-P.955-965.

5. Slavin V., Slutskin A. Thermodynamics of low-density electron gas on highly disordered one-dimensional host lattice // IJMP B.- 2004.-Vol.18, No.20, 21.-P.2863-2876.

6. Славин В.В. Структура основного состояния и низкотемпературные термодинамические свойства одномерной электронной решеточной системы //УФЖ.-2005.-Vol.50, No.6.-C.602-609.

7. Slavin V.V., Slutskin A.A. Low-temperature thermodynamics of one-dimensional Wigner glass on a highly disordered host lattice // Physica B.-2005.-Vol.364, No.1-4.-P.321-327.

8. Slavin V. Low-energy spectrum of one-dimensional strongly correlated electron lattice system // Phys.Stat.Sol. (b).- 2005.-Vol.242, No.10.-P.2033-2040.

9. Slavin V.V. Low-temperature thermodynamic properties of one-dimensional disordered electron lattice system // Phys.Stat.Sol.(b).-2004.-Vol.241, No.3.-P.2928-2937.

10. Slavin V. Low-temperature thermodynamic properties of a one-dimensional generalized Wigner crystal // IJMP B.- 2005.-Vol.19, No.26.-P.4009-4019.

11. Карачевцев В.А., Славин В.В., Шапиро В.В. Влияние искажений магнитной структуры, индуцируемых примесями ионов Cu²⁺, на транспортные свойства экситонов в квазиодномерном антиферромагнетике CsMnCl₃2H₂O // ФНТ.-1995.-Vol.21, No.3.- C.278-281.

12. Eremenko V.V., Karachevtsev V.A., Shapiro V.V., Slavin V.V. Low Temperature Transport of Magnetic Excitons in the Quasi-One-Dimensional Antiferromagnet CsMnCl₃2H₂O Doped with Cu²⁺ ions // Phys.Rev.B.- 1996.-Vol.54, No.1.-P.447-453.

13. Karachevtsev V.A., Levitsky I.A., Slavin V.V. Monte Carlo Simulation of Exciton Trapping in Quasi-One-Dimensional Antiferromagnetic CsMnCl₃2H₂O // J.Chem.Phys.- 1995.-Vol. 107, No.7.-P.2656-2660.

14. Eremenko V.V., Karachevsev V.A., Slavin V.V. Phonon Termoactivated Exciton Tunneling in Crystals of Weak Transfer Complexes N-TCPA Doped with Nd8-TCPA // Chem.Phys.- 1997.-Vol.216, No.1-2.- P.1-6.

15. Єременко В.В., Казачков О.Р., Карачевцев В.А., Качур И.С., Пірятинська В.Г., Славін В.В., Сищенко О.О., Шапіро В.В. Оптичні збудження в квазіодно-вимірному антиферомагнетику з домішкою (CsMnCl₃2H₂O+Cu²⁺) // УФЖ.-1998.-Vol.43, No.11.- P.1393-1400.

16. Eremenko V.V., Karachevtsev V.A., Kachur I.S., Nedbailo N.Yu., Piryatinskaya V.G., Slavin V.V., Shapiro V.V. Absorption and luminescence of CsMnCl₃2H₂O crystals doped with Cu²⁺ // Journal of Luminescence.-2001.-Vol.92, No.1-2.-P.35-42.

17. Гнатченко С.Л., Еременко В.В., Качур И.С., Пирятинская В.Г., Славин В.В., Шапиро В.В. Фотоиндуцированное понижение валентности ионов ванадия в гранате NaCa₂Mn₂V₃O₁₂ // ФНТ.- 2004.-Vol.30, No.12.-C.1302-1306.

18. Deville A., Gaillard B., Slavin V., Stepanov A. ESR in the Electron-Doped Gd_2-xCe_xCuO₄ System // Physica C.- 1994.-Vol.235, No.3.-P.1641-1642.

19. Slutskin A.A., Slavin V.V., and Kovtun H.A. The ground state of the "frozen" electron phase in two-dimensional narrow-band conductors with long-range interparticle repulsion. Stripe formation and effective lowering of dimension // ФНТ.- 1999.-Vol.25, No.8/9.- C.936-943.

20. Slutskin A.A., Slavin V.V., and Kovtun H.A. Ground state of a two-dimensional lattice system with a long-range interparticle repulsion: Stripe formation and effective lowering of dimension // Phys.Rev.B.- 2000.-Vol.61, No.20.-P.14184-14193.

21. Slavin V., Slutskin A. Thermodynamics of a One-Dimensional (1D) Strongly Correlated Electron Lattice // Proc. 15^th General Conference on Condensed Matter Division of EPS.- Baveno-Strsa (Italy).- 1996.-P.308.

22. Eremenko V.V., Karachevtsev V.A., Shapiro V.V., Slavin V.V. Tunnelling Pro-cesses in Quasi-One-Dimensional Transport of Magnetic Excitons // Proc. 15^th General Conference on Condensed Matter Division of EPS.- Baveno-Strsa (Italy).- 1996.-P.129.

23. Shapiro V.V., Kachur I.S., Karachevtsev V.A., Kazachkov A.R., Piryatinskaya V.G., Slavin V.V. Redistribution of Optical Excitation Energy Between Host and Impurity Subsystems in Q-1-D AFM CsMnCl₃2H₂O Doped with Cu²⁺ Ions at Nitrogen Laser Pumping // Proc. 15^th General Conference on Condensed Matter Division of EPS.- Baveno-Strsa (Italy).- 1996.-P.190.

24. Космына М.Б., Назаренко Б.П., Пузиков В.М., Гнатченко С.Л., Еременко В.В., Качур И.С., Пирятинская В.Г., Славин В.В., Шапиро В.В. Выращивание и исследование оптических свойств монокристаллов антиферромагнитных ванадиевых гранатов // Труды международной конференции «ХI Национальная конференция по росту кристаллов» (НКРК-2004).- Москва (Россия).- 2004.- C.192.