Разработка фундаментальных основ перспективных квантовых материалов с применением методов высокопроизводительных вычислений
Название разработки
Разработка фундаментальных основ перспективных квантовых материалов с применением методов высокопроизводительных вычислений.
Назначение
Разработка фундаментальных основ создания перспективных квантовых материалов на основе фундаментальных исследований структуры и свойств киральных систем с большим числом степеней свободы методами калибровочной теории поля на решетке.
Описание, характеристики
В настоящее время бурное развитие и получение принципиально новых результатов ожидается в области исследований трехмерных киральных квантовых материалов, которые известны как полуметаллы Вейля и Дирака (ниже DWSM для краткости). Одним из наиболее интересных свойств таких материалов являются квантовые аномалии, приводящие к появлению экзотических бездиссипативных транспортных явлений. Важность таких явлений заключается в том, что они является топологически защищенными: генерируемый электрический ток передает электрический заряд без диссипации энергии даже при наличии сильных взаимодействий и высокой температуры, что открывает широкие перспективы создания теплых сверхпроводников. Аномальный транспорт приводит к появлению множества коллективных возбуждений, связанных с когерентным распространением волн зарядовой и энергетической плотности (киральная магнитная волна, киральная вихревая волна и т. д.). Еще одно важное фундаментальное явление – вакуумные силы, связанные с нулевыми полевыми модами, которые в простейшем случае приводят к сильному взаимодействию незаряженных наноразмерных объектов - эффекту Казимира. В более сложных системах с вакуумным конденсатом, таких как сверхпроводники и квантовые жидкости, эффект Казимира приводит изменению фазовой структуры и структуры конденсатов.
Полученные результаты позволят в дальнейшем:
1. Исследовать вклады в эффект Казимира конформного магнитного эффекта на границе в системе с двумя границами в Абелевой модели Хиггса.
2. Исследовать зависимость конформно-индуцированного электрический ток от массы фермиона, а также роль спонтанного нарушения киральной симметрии в механизме конформной генерации электрического тока.
3. Получить структура аномальных токов в объемных кубических нецентросимметричных сверхпроводниках со сферомаками.
4. Исследовать явления аномального транспорта в киральных низкоразмерных материалах (киральных полимерах).
5. Исследовать зависимость сил Казимира и структуры вакуума теории от нарушения киральной симметрии в различных фазах.
Преимущества перед известными аналогами
В настоящее время основная исследовательская активность в области квантовых вычислителей и теплых сверхпроводников основываются на классических способах получения высокотемпературных сверхпроводников, а также элементов высокочастотной низко-потребляющей электроники. Широкое практическое применение этих методов имеет целый ряд ограничений, связанный с необходимостью использования низких температур, а также слабых электромагнитных полей.
Преимуществом данного направления исследования является то, что явления аномального транспорта являются топологически защищенными: генерируемый электрический ток передает электрический заряд без диссипации энергии даже при наличии сильных взаимодействий и высокой температуры, что открывает широкие перспективы создания теплых сверхпроводников, а также элементов квантовых вычислителей. При этом использование эффекта Казимира позволяет в перспективе создавать такие системы с управляемыми топологическими свойствами и управляемыми свойствами симметрии, что невозможно в случае классических подходов.
Область(и) применения
Фундаментальные исследования квантовых аномалий в киральных материалах открывают широкие перспективы для практического применения и несомненно окажут огромное влияние на технологии и прикладную науку в ближайшие десятилетия, включая потенциальные приложения, начиная от терагерцовой электроники, высокоскоростных транзисторов и отказоустойчивых квантовых вычислений до новых технологий источников и накопителей энергии, а также принципиально новых материалов и наноструктур с управляемыми свойствами.
Правовая защита
В Государственном реестре ПрЭВМ РФ зарегистрированы программы для ЭВМ:
Стадия готовности к практическому использованию
стадия НИОКР
Авторы
Молочков А.В., Гой В.А., Фадеев Д.В., Поликарпов А.М., Герасименюк Н.В., Любимов С.Д., Корнеев А.А., Танашкин А.С.