Умови існування та динамічні властивості автолокалізованих електронних станів в низьковимірних молекулярних системах - Автореферат

Національна академія наук УкраїниНауковий консультант доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Давидова Тетяна Олександрівна, Інститут ядерних досліджень НАН України, завідувач відділу теорії плазми доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Вєркіна НАН України, провідний науковий співробітник доктор фізико-математичних наук, професор Захист відбудеться “28 ”вересня 2000 р. о(б) 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.191.01 в Інституті теоретичної фізики ім.Проблеми нелінійної динаміки солітон-подібних станів в низьковимірних системах представляють значний науковий інтерес як з теоретичної, так і з практичної точок зору, про що свідчить значна кількість публікацій в світовій літературі, присвячених дослідженням в цій галузі. Зокрема, концепція солітонів знайшла широке застосування при дослідженні великого класу проблем фізики конденсованого стану, синергетики та біофізики, повязаних з транспортом енергії та зарядів на макроскопічні відстані в біологічних системах та системах, перспективних дла молекулярної та наноелектроніки. В основі цієї концепції лежить ідея про значну роль електрон-фононної взаємодії, особливо при проміжних значеннях сталої цієї взаємодії в низьковимірних молекулярних системах, оскільки саме в них найбільш яскраво проявляються її наслідки. В адіабатичних системах електрон-фононна взаємодія приводить до утворення автолокалізованих електронних станів, самоузгоджених з деформацією системи. Окрім того, знання динамічних властивостей солітонів та залежності їх параметрів від зовнішніх умов (температури, тиску і таке інше) необхідне при пошуках найоптимальніших сполук та вибору відповідних умов застосування молекулярних кристалів та побудованих з їх використанням приладів, що широко застосовуються в молекулярній та наноелектроніці.Гамільтоніан системи, що описує квазічастинки (екситон, амідне коливання, електрон або дірку) в одновимірному ланцюжку, може бути обраний у вигляді гамільтоніану Фрьоліха Рівняння Шредінгера з гамільтоніаном Фрьоліха (1) для однієї квазічастинки приводить до системи рівнянь, яка в континуальному наближенні в класі функцій, що залежать від координати біжучої хвилі = (x - x0 - Vt)/a , за умови V2 <V2a, де Va є швидкість звуку в ланцюжку, може бути зведена до НРШ для амплітуди ймовірності квазічастинки , яке в безрозмірних змінних має вигляд: . Вперше визначено залежність швидкості, моменту та енергії квазічастинки від величини відповідного квазіімпульсу та показано, що ці параметри досягають скінченного насичення, величина якого залежить від параметра неадіабатичності ланцюжка, що визначається співвідношенням між шириною електронної зони та характерною енергією фононів: . Зокрема, показано, що в ланцюжках з параметрами, близькими до значень параметрів полідіацетилена, насичення швидкості солітона відбувається при величинах, менших за швидкість звуку Va, що пояснює експериментально спостережуване насичення швидкості носіїв заряду в полідіацетилені в сильних електричних полях при значеннях 0.7Va (див. Іншим важливим наслідком наявності рельєфу Пайєрлса-Набарро є осциляції швидкості солітона, які поряд з головною гармонікою містять її обертони: Тут змінна та модуль еліптичної функції Якобі визначені такими співвідношеннями: де, в свою чергу, кінетична енергія солітона визначена його ефективною масою та В результаті такого руху солітон випромінює звукові хвилі.В роботі одержані нові науково обґрунтовані результати в галузі теоретичної фізики, які в сукупності розвязують важливу наукову проблему теоретичного врахування електрон-фононної взаємодії в низьковимірних молекулярних системах при проміжних значеннях сталої взаємодії, встановлені умови існування та визначені властивості нейтральних та заряджених одно-та багатосолітонних станів та їх прояви в експериментально вимірюваних властивостях молекулярних систем, що мають широке практичне застосування. Запропоновано варіаційний метод для визначення основного електронного стану в таких системах, який дозволяє описувати в рамках єдиного підходу три головні типи станів, а саме, полярон малого радіусу, майже вільний електрон та солітон. Встановлено, що при фіксованих початкових умовах збудження солітони можуть генеруватися в системах, параметр нелінійності яких перевищує деяке критичне значення, величина якого залежить від конкретного вигляду початкових умов. В ланцюжку з заданими параметрами, що визначають параметр нелінійності, солітони можуть генеруватися лише імпульсами, що не надто швидко спадають уподовж просторової координати, при цьому є оптимальне значення ширини початкового імпульсу, коли найбільша частина його енергії локалізується в енергії солітона.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ