Заведующий кафедрой теоретической физики, к.ф.-м.н., доцент.
E-mail:
lelyakov_a_p@cfuv.ru
Кафедра теоретической физики
Основные направления научных исследований:
1. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ МАГНЕТИЗМА
Казалось бы, что может быть проще, чем явление магнетизма? Все мы в детстве развлекались с постоянными магнитами, «исследуя» их свойства на различных материалах. Ну и что здесь сложного? Есть классическая электродинамика, в рамках которой эти красивые и наглядные эффекты удается довольно просто объяснить. Но такое мнение существовало где-то до конца 19-го века. Однако, с развитием техники эксперимента и вообще физики, оказывается, что такое простое описание сильного магнетизма (ферро- или антиферромагнетизма) в рамках классической электродинамики вступает в противоречие с наблюдаемыми эффектами. Но наука, к счастью не стоит на месте, и к середине 30-х годов прошлого века уже были сформированы основные принципы квантовой теории. На основе этой теории было показано, что сильный магнетизм (ферро-, ферри- и антиферромагнетизм) является эффектом исключительно квантовым, и обусловлен взаимодействием внутренних электронных оболочек ближайших атомов, обладающих собственным (спиновым) магнитным моментом.
С тех давних пор прошло почти 100 лет, а вопрос о сильном магнетизме остается актуальным. Этот интерес имеет двоякую природу: конечно же это чисто академический («хочется допросить природу с пристрастием»), но и чисто прикладной. Если вы посмотрите на окружающие приборы и устройства, но сразу же скажете, что без использования магнитных свойств различных материалов невозможна работа электродвигателей, компьютеров, телефонов, средств связи, хранения и обработки информации.
Однако, современная теория магнетизма не стоит на месте. Сейчас уже понятно, что элементная база современного приборостроения, основой которого является микроэлектроника, достигла своего физического предела. Что это значит? А очень просто: дальнейшее увеличение объема памяти или быстродействия прибора на основе переноса электрического заряда становится экономически и энергетически не выгодным. Современное приборостроение переходит на новый уровень, когда переносчиком «тока» становится спин (локальный магнитный момент) магнитоактивного атома. Это направление в теории магнетизма получило название спинтроники, по аналогии с микроэлектроникой. На этой основе разрабатываются спиновые транзисторы и спиновые диоды, спиновые вентили, и даже квантовые кубиты (основа памяти квантовых компьютеров).
Вот такими вопросами занимаются на кафедре теоретической физики ФТИ. Хотя наши исследования не реализуются в «железе», но они позволяют экспериментаторам и инженерам понять какие материалы и в каких диапазонах магнитных полей и температур можно использовать для создания спинтронных устройств. Результаты наших исследований опубликованы в ведущих российских и зарубежных специализированных журналах, поддержаны грантами Российского Фонда Фундаментальных Исследований, и ряда других научных организаций.
Ю.А. Фридман
2. СИНГУЛЯРНАЯ ОПТИКА
Направление Сингулярная оптика начало развиваться на кафедре с 1997 г, сначала в рамках филиала аналогичного направления кафедры общей физики. К настоящему времени по этому направлению выпускниками кафедры защищено 4 кандидатских и 2 докторские диссертации, имеется аспирантура. Непосредственно на кафедре оно представлено профессором Алексеевым К.Н. и доцентом Яворским М.А. (оба – доктора наук), которые проводят активные научные исследования в этой области со своими учениками, сотрудниками ФТИ доцентами Лапиным Б.П. и Баршак Е.В., а также – в рамках грантов РНФ и РФФИ – с сотрудниками других кафедр физтеха. Результаты научной деятельности группы ежегодно публикуются в 5-10 научных статьях в высокорейтинговых специализированных журналах из баз данных SCOPUS и WoS, таких как Optica, Optics Letters, Physical Review А и других.
Сингулярная оптика – сравнительно молодое направление современной оптики, исследующее закономерности распространения световых полей с сингулярностями волнового фронта. Под последними понимают точки, в которых фаза волны не определена. Отличительной особенностью таких точек является строгое (не интерференционное) обращение интенсивности поля в ноль. Также обход фазы поля вокруг точки сингулярности приводит к ее приращению на целое кратное 2pi. Подобный набег фазы определяет топологический заряд точки сингулярности.
Эти достаточно абстрактные свойства оптических сингулярностей приводят к выраженным физическим эффектам, связанным с наличием таких точек в оптическом поле. Ярчайшим из них является наличие циркуляции потока электромагнитной энергии вокруг таких точек. Благодаря такому эффекту вихревого движения световой энергии в окрестности фазовой сингулярности подобные оптические поля получили второе название – оптические вихри или закрученный свет (twisted light). Оказывается, световое поле оптического вихря обладает собственным (т. е. не устранимым никаким преобразованием системы координат) угловым моментом и может переносить его на расстояния. Такое свойство оптических вихрей обуславливает их применение для захвата и манипулирования микрочастицами. Принципы и идеи сингулярной оптики также находят приложение в астрофизике и микроскопии. В последнее время состояния с собственным орбитальным угловым моментом начали использовать для передачи кодированной на них информации. Их взаимная ортогональность (даже не спрашивайте, что это такое) позволяет теоретически увеличивать до бесконечности пропускную способность информационных каналов.
В настоящее время в рамках гранта РНФ на кафедре активно исследуются процессы управления характеристиками оптических вихрей в оптоволоконных микрорезонаторах и волоконных акустооптических системах.
К.Н. Алексеев
3. КОСМОЛОГИЯ И ТЕОРИЯ КОСМИЧЕСКИХ СТРУН
Трудно не согласиться с тем, что окружающая Нас Вселенная является самым крупным и самым таинственным объектом, который когда-либо будет доступен человечеству для исследования. Существующая цивилизация, шаг за шагом проходя циклы своего развития, и как следствие, получая в своё распоряжение всё более точные инструменты наблюдения, имеет возможность формулировать всё более точные представления о физике процессов в наблюдаемой Вселенной. По-видимому, самой яркой иллюстрацией востребованности таких исследований является количество нобелевских премий по физике, присуждённых за открытия в этой области. А именно, за последние 10 лет (с 2011 по 2021) таких премий было шесть.
Космология как наука исследует вопросы, связанные с происхождением и эволюцией Вселенной. В свою очередь, теория космических струн, как теория, которая потенциально способна объединить два столпа современной физики: квантовую механику и общую теорию относительности, является частью космологии, поскольку способна предложить множество вариантов влияния как на начальном (сингулярном) этапе эволюции Вселенной, так и на последующих. Область возможных применений космических струн в космологии чрезвычайно широка: начиная от механизмов генерации первичных флуктуаций плотности вещества в ранней Вселенной, до источников ускоренного расширения (инфляции), тёмной энергии и тёмной материи, проявление которых наблюдаются в современной Вселенной.
Основателями данного направления исследования на кафедре теоретической физики являются доцент Рощупкин Сергей Николаевич и профессор Арифов Ленур Ягъя. Основные направление исследования – гравитационное поле отдельной нуль-струны, а также особенности гравитационного взаимодействие в газе нуль-струн и его возможные космологические следствия. Нуль-струна является протяжённым (одномерным) аналогом точечной безмассовой частицы (масса покоя равна нулю), т.е., нуль-струны движутся со скоростью света (не существует систем отсчёта в которых нуль-струна покоится). Исследования, проведённые доцентом Леляковым А.П., в том числе и совместно с учениками Бабаджан Р.-Д.А., Карпенко А.С., Ханейчук О.В., показали ряд интересных результатов. Например, возможность образования в газе нуль-струн первичных частиц с ненулевой массой покоя. Структурно такие частицы состоят из двух гравитационно-взаимодействующих нуль-струн. Время жизни таких частиц в зависимости от окружения в газе может быть, как чрезвычайно коротким, так и длительным. Возможное космологическое приложение таких частиц – один из вкладов в тёмную материю Вселенной.
А.П. Леляков
Состав:
Профессор кафедры теоретической физики, д.ф.-м.н., профессор
E-mail:
fridman_yu_a@cfuv.ru
Профессор кафедры теоретической физики, д.ф.-м.н., профессор
E-mail:
alexeyev_c_n@cfuv.ru
Доцент кафедры теоретической физики, д.ф.-м.н., доцент
E-mail:
kosmachev_o_a@cfuv.ru
Доцент кафедры теоретической физики, к.ф.-м.н., доцент
E-mail:
akhramovich_l_n@cfuv.ru
Доцент кафедры теоретической физики, к.ф.-м.н., доцент
E-mail:
butrim_v_i@cfuv.ru
ИСТОРИЯ:
По меткому определению выдающегося советского физика-теоретика Мигдала, работа теоретика состоит в том, чтобы, попробовав свиную отбивную, определить, как хрюкает свинья. Непреодолимая харизма этой профессии делает весьма условной всякую агитацию за нее: по выражению основателя кафедры Анатолия Вадимовича Свидзинского, существует определенное количество людей, генетически предрасположенных к занятию теоретической физикой.
Кафедра теоретической физики основана в 1975 году на базе кафедры математической физики Симферопольского государственного университета имени М.В. Фрунзе. Как уже было написано, основателем и первым ее заведующим стал профессор Свидзинский, ученик и продолжатель традиций известной научной школы академика Н.Н. Боголюбова. В первые десятилетия сферу научных интересов кафедры определяли ее ведущие сотрудники: профессор Свидзинский возглавлял направление теории сверхпроводимости; доцент (в последствие – профессор) Юрий Николаевич Мицай развивал направление квантовой теории магнетизма. Усилиями профессоров Свидзинского и Мицая на кафедре было сформировано одни из основных ее научных направлений – физика конденсированного состояния и физика магнитных явлений.
Профессор Свидзинский заведовал кафедрой теоретической физики в течение первых 17 лет. В первые годы работы на кафедре Свидзинским А.В. был разработан целый ряд учебных курсов специализации по теоретической физике, ставших на долгие годы основным ядром подготовки специалистов на кафедре. В это время активно работали студенческий и научный семинары кафедры. В 1985 году Свидзинский А.В. создал и возглавил межкафедральный естественнонаучный семинар, на заседаниях которого обсуждались общенаучные вопросы философии, физики, астрономии, математики, психологии, биологии, педагогики и др.
Под руководством профессора Свидзинского выпускниками кафедры защищено четыре кандидатские диссертации. В настоящее время на кафедре работают его ученики: Ахрамович Л.Н. и Алексеев К.Н. В этот же период времени активно занимался научной работой на кафедре Мицай Ю.Н., под руководством которого выпускниками кафедры защищено четыре кандидатских диссертации. В настоящее время на кафедре работают его ученики профессор Фридман Ю.А. и доцент Бутрим В.И.
С приходом в 1992 году профессора Арифова Ленура Ягъя на кафедре получило развитие новое направление – теория гравитации. Профессор Арифов возглавлял кафедру в период с 1994 по 2005 год. При его участии на кафедре были внедрены новые курсы специализации по теории гравитации и теории космических струн. Профессором Арифовым было сформировано новое для кафедры направление научных исследований общая теория относительности и космология.
В этот период времени доцентом кафедры Фридманом Ю.А. проводились активные научные исследования в области квантовой теории магнетизма. В 2004 году Фридман Ю.А. защитил докторскую диссертацию по проблемам квантовой теории магнетизма. Юрий Анатольевич Фридман возглавлял кафедру с 2005 по 2021 год. Под его руководством был защищен целый ряд кандидатских и докторских диссертаций в области теории магнетизма и физики твердого тела. В настоящее время на кафедре работают его выпускники профессора Ф.Н. Клевец и О.А. Космачев. Профессор Фридман возглавляет одну из трех официально зарегистрированных научных школ ФТИ.
В последние десятилетия область научных интересов кафедры расширилась в связи с активной научной работой профессора Алексеева К.Н. в области сингулярной оптики. По новому сформированному направлению сингулярная оптика с 2002 года выпускниками кафедры также был защищен ряд кандидатских и докторских диссертации.
В настоящее время кафедру возглавляет ученик Сергея Николаевича Рощупкина, специалист в области теории гравитации и струнной космологии, доцент А.П. Леляков. Важно отметить, что в настоящее время все сотрудники кафедры – это ее выпускники разных лет, что с одной стороны является прекрасным примером успешного импортозамещения, а с другой, не очень хорошим примером инбридинга в высшем образовании. Кафедра проводит активную научную работу по перечисленным выше направлениям, в том числе и со студентами и аспирантами. Результаты этой работы выливаются в научные гранты, публикации в ведущих мировых научных журналах, защиты докторских диссертаций. Так, на кафедре защищено 5 докторских и более 20 кандидатских диссертаций. Сотрудниками кафедры опубликовано более 400 статей, причем большая часть – в рейтинговых международных журналах с высоким импакт-фактором.
Кроме большой научной деятельности кафедра проводит и огромную преподавательскую работу. Она является одной из выпускающей кафедр ФТИ. Преподаватели кафедры ведут общие курсы (теоретическая механика, электродинамика, квантовая механика, термодинамика и статистическая физика и др.), а также большое число специальных курсов, позволяющих посвятившим себя теоретической физике студентам почувствовать всю красоту этой науки и стать в ней настоящими профессионалами.
