ФАЗОВАЯ СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОННЫХ ВОЗБУЖДЕНИЙ В ГРАФЕНЕ И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБКАХ ПОД ВЛИЯНИЕМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Ученые физического факультета (группа под руководством профессора В.Ч. Жуковского, кафедра теоретической физики) совместно с российскими (группа под руководством профессора К.Г. Клименко, ИФВЭ, г. Протвино) и зарубежными (профессор Д. Эберт, Университет Гумбольдта, г. Берлин, Германия) коллегами исследовали теоретическую модель, позволяющую описывать поведение электронных возбуждений в углеродных нанотрубках под влиянием магнитного поля.
Проф. В.Ч.Жуковский
В последние годы, после сообщений об успешном синтезе графена, т.е. единичного моноатомного слоя графита (2004 г.), представляющего собой плоский полимер углерода с шестиугольной решеткой, особый интерес научной общественности прикован к исследованию свойств полимеров на основе углерода. Благодаря своим необычным свойства графен и другие углеродные структуры, такие как углеродные нанотрубки (которые могут быть рассмотрены как скрученные в цилиндр один или несколько слоев графена), привлекают особое внимание. Как было показано еще до получения реального полимера, состояния низкоэнергетических электронов в графене эффективно описываются уравнением, совпадающим по форме с релятивистским уравнением Дирака, что позволяет установить связь между электронными свойствами графена и физикой высоких энергий и, соответственно, использовать хорошо развитый аппарат квантовой теории поля.
Модели квантовой теории поля, подобные описанным выше, исследуются на кафедре теоретической физики в группе под руководством профессора В.Ч. Жуковского совместно с коллегами из российских и зарубежных университетов. Один из новейших результатов группы — исследование фазовой структуры фермионных конденсатов на свернутой в цилиндр шестиугольной полимерной решетке, моделирующей углеродные нанотрубки, и исследование магнитных свойств такой структуры во внешнем магнитном поле, вызывающем эффекты Зеемана и Ааронова-Бома.
В работе аналитически вычислен эффективный потенциал ряда моделей с четырехфермионным взаимодействием, моделирующих явления в плоском графене и углеродных нанотрубках, под влиянием температуры, химического потенциала, внешнего магнитного поля и компактификации пространственного измерения (в нанотрубках).
На основе полученного потенциала исследована фазовая структура моделей и установлено возникновение симметрии между влиянием конечной температуры и пространственной компактификации при определенных значениях магнитного потока через сечение нанотрубки. Продемонстрирована зависимость фазовой структуры от величины магнитного поля. Кроме того учтен конечный химический потенциал и продемонстрировано проявление размерной редукции от (2+1)-мерного к (1+1)-мерному пространству-времени при периодических граничных условиях и отсутствие такой редукции при наложении антипериодических граничных условий. Полученные результаты представляют интерес в контексте эффективных моделей как в физике высоких энергий, так и в физике низкоразмерных конденсированных сред.
Результаты описанных выше исследований опубликованы в работе D. Ebert, K.G. Klimenko, P.B. Kolmakov, V.Ch. Zhukovsky, Annals of Physics, 371, 254 (2016).
