Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи)
Розглянуто основні віхи історії Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України, формування і розвитку наукових шкіл. Окреслено головні напрями діяльності Інституту та найвагоміші наукові здобутки його співробітників....
Збережено в:
| Дата: | 2015 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2015
|
| Назва видання: | Вісник НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/95557 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи) / А.Г. Загородній // Вісник Національної академії наук України. — 2016. — № 1. — С. 107-118. — Бібліогр.: 34 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-95557 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-955572016-02-29T03:02:18Z Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи) Загородній, А.Г. Події Розглянуто основні віхи історії Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України, формування і розвитку наукових шкіл. Окреслено головні напрями діяльності Інституту та найвагоміші наукові здобутки його співробітників. Рассмотрены основные вехи истории Института теоретической физики им Н.Н. Боголюбова НАН Украины, формирования и развития научных школ. Представлены главные направления деятельности Института и важнейшие научные достижения его сотрудников. The milestones in the history of the Bogolyubov Institute for Theoretical Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, formation and development of scientific schools are overviewed. The main directions of research of the Institute and the most important scientific results are highlighted. 2015 Article Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи) / А.Г. Загородній // Вісник Національної академії наук України. — 2016. — № 1. — С. 107-118. — Бібліогр.: 34 назв. — укр. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/95557 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Події Події |
| spellingShingle |
Події Події Загородній, А.Г. Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи) Вісник НАН України |
| description |
Розглянуто основні віхи історії Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України, формування і розвитку наукових шкіл. Окреслено головні напрями діяльності Інституту та найвагоміші наукові здобутки його співробітників. |
| format |
Article |
| author |
Загородній, А.Г. |
| author_facet |
Загородній, А.Г. |
| author_sort |
Загородній, А.Г. |
| title |
Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи) |
| title_short |
Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи) |
| title_full |
Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи) |
| title_fullStr |
Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи) |
| title_full_unstemmed |
Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи) |
| title_sort |
створення і розвиток інституту теоретичної фізики ім. м.м. боголюбова нан україни (до 50-річчя від часу заснування установи) |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2015 |
| topic_facet |
Події |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/95557 |
| citation_txt |
Створення і розвиток Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України (до 50-річчя від часу заснування установи) / А.Г. Загородній // Вісник Національної академії наук України. — 2016. — № 1. — С. 107-118. — Бібліогр.: 34 назв. — укр. |
| series |
Вісник НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT zagorodníjag stvorennâírozvitokínstitututeoretičnoífízikiímmmbogolûbovananukraínido50ríččâvídčasuzasnuvannâustanovi |
| first_indexed |
2025-07-07T02:25:37Z |
| last_indexed |
2025-07-07T02:25:37Z |
| _version_ |
1836953253044027392 |
| fulltext |
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 1 107
ПОДІЇПОДІЇ
СТВОРЕННЯ І РОЗВИТОК
ІНСТИТУТУ ТЕОРЕТИЧНОЇ ФІЗИКИ
ім. М.М. БОГОЛЮБОВА
НАН УКРАЇНИ
До 50-річчя від часу заснування установи
Розглянуто основні віхи історії Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Бо-
голюбова НАН України, формування і розвитку наукових шкіл. Окреслено
головні напрями діяльності Інституту та найвагоміші наукові здобутки
його співробітників.
Вступ
Інститут теоретичної фізики АН УРСР (нині — Інститут тео-
ретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України) створено
1966 р. Засновником та першим директором Інституту (1966—
1973) був видатний фізик-теоретик і математик академік Ми-
кола Миколайович Боголюбов. Усе, що пов’язано з організа-
цією нової установи — від вибору майданчика для будівництва
корпусу і оздоблення його інтер’єру до формування наукових
напрямів і підбору кадрів — відбувалося за безпосередньої учас-
ті Миколи Миколайовича. Створення теоретичного інституту
в Києві було подією непересічною і навіть малоймовірною. На
той час уже існував Інститут теоретичної фізики АН СРСР у
Чорноголовці під Москвою (нині — ІТФ ім. Л.Д. Ландау РАН),
тому ініціативу академіка Боголюбова прохолодно зустріли
як в Академії наук СРСР, так і у вищому керівництві країни.
Успіху вдалося досягти лише завдяки світовому імені та не-
заперечному авторитету Миколи Миколайовича Боголюбова,
надзвичайно важливою виявилася також підтримка президен-
та АН УРСР академіка Б.Є. Патона та партійного керівництва
України, зокрема Першого секретаря ЦК КПУ П.Ю. Шелеста.
Спершу Інститут розміщувався в будівлі на вулиці Чкало-
ва, 55-б (нині — вул. Олеся Гончара), поки у 1970 р. не було
зведено новий корпус у Феофанії неподалік Свято-Пан те лей-
монівського монастиря. На будівництво знадобилося лише
кілька років, що, вочевидь, стало можливим тільки завдяки
ЗАГОРОДНІЙ
Анатолій Глібович —
академік НАН України,
доктор фізико-математичних
наук, професор, директор
Інституту теоретичної фізики
ім. М.М. Боголюбова
НАН України
Головний корпус Інституту теоре-
тичної фізики ім. М.М. Боголюбова
НАН України, збудований у 1970 р.
doi: 10.15407/visn2016.01.107
108 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (1)
ПОДІЇ
ініціативі учня М.М. Боголюбова — Віта-
лія Петровича Шелеста та його батька Петра
Юхимовича Шелеста. До роботи над проектом
і оздобленням установи було залучено талано-
витих молодих митців — Івана Степановича
Марчука і Миколу Андрійовича Стороженка.
Сьогодні імена цих художників відомі усьому
світу, а їхній творчий доробок становить гор-
дість українського народу.
Від самого початку М.М. Боголюбов залу-
чив до роботи в Інституті науковців зі світови-
ми іменами, зокрема академіків О.С. Давидо-
ва, О.З. Петрова, О.Г. Ситенка, О.С. Парасюка,
І.Р. Юхновського, своїх учнів А.Н. Тавхелідзе
(майбутнього академіка РАН), Д.Я. Петрину,
В.П. Шелеста та інших. Основні напрями на-
укової діяльності концентрувалися навколо
теорії елементарних частинок, теорії ядра і
ядерних реакцій, теорії твердого тіла і статис-
тичної фізики. За перші сім років Інститут пе-
ретворився на знаний у світі науковий центр,
здобутки якого стали добре відомі міжнарод-
ній науковій спільноті.
Віхи історії Інституту
При створенні Інституту в його структурі було
три наукові відділи: математичних методів у те-
оретичній фізиці (завідувач — академік О.С. Па-
расюк), теорії ядра (завідувач — академік
О.С. Давидов), теорії елементарних частинок
(завідувач — д-р фіз.-мат. наук А.Н. Тавхелідзе,
з 1969 р. — чл.-кор. НАН України В.П. Шелест).
З часом тематика розширювалася, створювали-
ся нові відділи. Зокрема, у 1966—1973 рр. було
створено відділ теорії ядерних реакцій під ке-
рівництвом чл.-кор. АН УРСР (з 1982 р. — ака-
деміка) О.Г. Ситенка; відділ статистичної теорії
конденсованих систем у Львові під керівни-
цтвом д-ра фіз.-мат. наук (з 1982 р. — академі-
ка) І.Р. Юхновського; відділ теорії відносності
та гравітації (завідувач — академік АН УРСР
О.З. Петров); відділ теорії адронів в Ужгороді
(завідувач — д-р фіз.-мат. наук Ю.М. Ломсадзе).
У 1973 р. на базі відділів теорії елементарних
частинок і теорії відносності та гравітації було
організовано відділ астрофізики та елементар-
них частинок, керівником якого став д-р фіз.-
мат. наук (з 1990 р. — чл.-кор. НАН України)
П.І. Фомін, від 2007 р. відділ очолює чл.-кор.
НАН України В.П. Гусинін.
Упродовж 1973—1988 рр. Інститутом керу-
вав академік Олександр Сергійович Давидов.
У цей період організовано відділ структури
атомних ядер, який і дотепер очолює д-р фіз.-
мат. наук Г.Ф. Філіппов; відділ статистичної
механіки під керівництвом д-ра фіз.-мат. наук
(з 2006 р. — чл.-кор. НАН України) Д.Я. Пе-
трини, однак у 1986 р. відділ було переведено
до Інституту математики АН УРСР; відділ
Директори Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України різних років
М.М. Боголюбов
1966—1973
О.С. Давидов
1973—1988
О.Г. Ситенко
1988—2002
А.Г. Загородній
з 2002
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 1 109
ПОДІЇ
У 1993 р. на базі лабораторії теорії електрон-
них процесів у молекулярних впорядкованих
структурах створено відділ теорії нелінійних
явищ в конденсованих середовищах (тепер —
відділ нелінійної фізики конденсованого стану)
під керівництвом д-ра фіз.-мат. наук (з 2003 р. —
академіка НАН України) В.М. Локтєва.
У 1996 р. на базі частини відділів теорії ядра
і ядерних реакцій та квантової електроніки
створено відділ теорії та моделювання плаз-
мових процесів, який очолив д-р фіз.-мат. наук
(з 2006 р. — академік НАН України) А.Г. За-
городній.
З метою залучення до наукової роботи тала-
новитої молоді у 1999 р. в Інституті створено
Науково-освітній центр, що працює за систе-
мою неперервної фізико-математичної освіти
для школярів фізико-математичних ліцеїв та
студентів фізичних і математичних факульте-
тів, зацікавлених у вивченні додаткових роз-
ділів фізики поза стандартною шкільною чи
університетською програмою. Координатор
центру — канд. фіз.-мат. наук В.М. Шадура.
Від 2002 р. директором Інституту є академік
НАН України А.Г. Загородній. У цей період
створено лабораторію грід-обчислень у фізи-
ці (завідувач — д-р фіз.-мат. наук Є.С. Мар-
тинов); лабораторію астрофізики і космології
(завідувач — д-р фіз.-мат. наук Ю.В. Штанов);
лабораторію сильнокорельованих низькови-
мірних систем (завідувач — д-р фіз.-мат. наук
обчислювальних методів теоретичної фізики
на чолі з д-ром фіз.-мат. наук В.Я. Антончен-
ком; відділ квантової теорії молекул та кри-
сталів під керівництвом д-ра фіз.-мат. наук (з
2003 р. — чл.-кор. НАН України) Е.Г. Петрова;
відділ квантової електроніки, який до 2003 р.
очолював д-р фіз.-мат. наук І.П. Якименко, а
зараз — д-р фіз.-мат. наук Ю.Б. Гайдідей.
У 1980 р., коли кадровий склад відділу ста-
тистичної теорії конденсованих систем у Льво-
ві поповнили молоді доктори наук, було ство-
рено ще два наукові підрозділи — відділ теорії
розчинів під керівництвом д-ра фіз.-мат. наук
(з 2003 р. — чл.-кор. НАН України) М.Ф. Го-
ловка та відділ квантової статистики на чолі з
д-ром фіз.-мат. наук І.О. Вакарчуком, що дало
змогу того ж року відкрити Львівське відділен-
ня статистичної фізики Інституту теоретичної
фізики АН УРСР. У 1990 р. на базі Відділення
створено Інститут фізики конденсованих сис-
тем НАН України, директором якого став ака-
демік І.Р. Юхновський.
У 1982 р. було створено відділ теорії твер-
дого тіла (завідувач — академік АН УРСР
В.Г. Бар’яхтар) і в 1983 р. у його складі — ла-
бораторію теорії магнітних явищ, керівником
якої став д-р фіз.-мат. наук (з 2009 р. — чл.-кор.
НАН України) Б.О. Іванов. У 1985 р. відділ
було переведено до Інституту металофізики
ім. Г.В. Курдюмова НАН України.
З метою розвитку науково-дослідних робіт
у галузі фізики високих густин енергії і фунда-
ментальної метрології у 1983 р. створено про-
блемну галузеву науково-дослідну лаборато-
рію фізики високих густин енергії, яку очолив
д-р фіз.-мат. наук (з 2012 р. — чл.-кор. НАН
України) Г.М. Зінов’єв. На її основі у 1986 р.
організовано однойменний відділ.
У 1988—2002 рр. Інститут очолював акаде-
мік Олексій Григорович Ситенко. У цей період
створено відділ синергетики, який очолював
д-р фіз.-мат. наук В.П. Гачок, а з 2007 р. — чл.-
кор. НАН України Б.І. Лев; відділ прикладних
проблем теоретичної фізики, завідувачем яко-
го до 2014 р. був д-р фіз.-мат. наук І.В. Симе-
ног; відділ математичного моделювання під ке-
рівництвом д-ра фіз.-мат. наук М.С. Гончара.
Після відкриття нового корпусу Інституту. Академіки
О.С. Давидов, О.Г. Ситенко, М.М. Боголюбов. 1971 р.
110 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (1)
ПОДІЇ
С.Г. Шарапов); лабораторію інтегровних сис-
тем (завідувач — д-р фіз.-мат. наук М.З. Іор-
гов); відділ комп’ютерного забезпечення науко-
вих досліджень і науково-технічної інформації
(завідувач — канд. техн. наук С.Я. Свістунов).
Сьогодні до складу Інституту входять 14
наукових відділів і 4 лабораторії, в яких пра-
цюють 120 наукових співробітників, серед
яких 43 доктори наук (2 академіки і 4 члени-
кореспонденти НАН України) і 58 кандидатів
наук. Результати досліджень співробітників
Інституту визнано світовою науковою спіль-
нотою, про що свідчить високий рівень цито-
ваності в науковій літературі. За рейтингом
цитувань і кількістю опублікованих статей на
одного науковця Інститут посідає перше міс-
це серед наукових установ України. Станом
на липень 2015 р. 10 співробітників Інституту
входять до списку ста найбільш цитованих на-
уковців України.
Інститут активно співпрацює з провідними
науковими установами світу, зокрема ЦЕРНом
(Швейцарія), Об’єднаним інститутом ядерних
досліджень, Університетом Антверпена, Дан-
ським технічним університетом, Науковим
інститутом Вейцмана (Ізраїль), Інститутом
твердого тіла та матеріалознавства ім. Лейбні-
ца (Дрезден), Гумбольдтським університетом
(Берлін), Міжнародним центром теоретичної
фізики Абдуса Салама (Італія) та іншими ві-
домими науковими центрами. Інститут був іні-
ціатором створення Українського національ-
ного гріду і координує діяльність у цій сфері.
Співробітники Інституту беруть участь у про-
веденні експериментів та обробленні даних на
Великому адронному колайдері.
Науковці Інституту постійно беруть участь
у роботі редколегій міжнародних журналів, до-
лучаються до експертизи наукових проектів,
читають близько 20 курсів лекцій у провідних
університетах України, зокрема в Київському
національному університеті імені Тараса Шев-
ченка, Національному університеті «Києво-
Могилянська академія», НТУУ «Київський
політехнічний інститут» та інших.
На сьогодні Інститут є визнаним центром те-
оретичної фізики не лише в Україні, а й у світі.
Наукові традиції
і сучасні дослідження Інституту
Ще в початковий період почали формуватися
наукові школи Боголюбова—Парасюка (мате-
матичної фізики і квантової теорії поля), Да-
видова (теоретичної фізики), Ситенка (теоре-
тичної ядерної фізики та теорії плазми), Фомі-
на (релятивістської астрофізики, космології та
елементарних частинок), діяльність яких нині
продовжує розширюватися і поглиблюватися.
Серед класичних результатів, що увійшли до
світової скарбниці, варто згадати давидовське
розщеплення, теорію дифракційного розсіяння
Ситенка—Глаубера, класифікацію гравітацій-
них полів Петрова, колір кварків — додаткове
квантове число, запропоноване М.М. Боголю-
бовим, Б.В. Струмінським і А.Н. Тавхелідзе,
R-операцію Боголюбова—Парасюка, теорію
квантового народження Всесвіту з вакууму
П.І. Фоміна.
Зараз тематика Інституту охоплює широке
коло проблем астрофізики та космології, фізи-
ки високих густин енергії, теорії ядра та кван-
тової теорії поля, нелінійних явищ у конденсо-
ваних середовищах та плазмі, кінетичної теорії
нерівноважних процесів, квантової електро-
ніки, синергетики, квантової теорії молекул та
кристалів, математичних методів у теоретич-
ній фізиці та моделювання фізичних процесів.
Результати, отримані науковцями Інституту,
широко відомі як в Україні, так і за її межами.
Наведемо деякі з останніх здобутків, які мож-
на віднести до досягнень міжнародного рівня.
1. Детектування можливої лінії розпаду
темної матерії. Природа темної матерії —
найбільшої гравітуючої субстанції у Всесвіті —
все ще залишається невизначеною. Ймовірне
пояснення темної матерії за допомогою еле-
ментарних частинок означає необхідність роз-
ширення Стандартної моделі фізики частинок,
яка не містить частинки, що підходить на роль
кандидата темної матерії (нейтральної, масив-
ної та достатньо довгоживучої). Запропоновані
наразі розширення Стандартної моделі відріз-
няються за ключовими параметрами — масою
частинки темної матерії та її силою взаємодії з
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 1 111
ПОДІЇ
іншими частинками — на десятки порядків ве-
личини. Для звуження області параметрів час-
то припускають, що частинка темної матерії не
є абсолютно стабільною, а може розпадатися
на фотон та іншу частинку протягом часу, на
багато порядків більшого за час життя Всесвіту.
Починаючи з 2005 р. багато наукових груп у
всьому світі ведуть пошуки лінії розпаду тем-
ної матерії. Нещодавно дві міжнародні групи,
до складу однієї з яких входить співробітник
Інституту Д.А. Якубовський, незалежно одна
від одної повідомили про детектування но-
вої лінії випромінювання на енергії ~3,55 кеВ
у рентгенівському спектрі ряду космічних
об’єктів, домінуючою складовою яких, як вва-
жають, є темна матерія [1, 2]. Попри те, що ця
лінія слабка, вона стає яскравішою в напрям-
ку до центру космічних об’єктів, є сильнішою
для скупчень галактик та центральної частини
нашої Галактики, ніж для галактики Андроме-
ди, і відсутня в дуже глибокому спостереженні
«чистого неба». Подальші пошуки нової лінії
в рентгенівських спектрах космічних об’єктів
допоможуть визначити її природу.
2. Дослідження кварк-глюонного ста-
ну матерії. На формування кварк-глюонної
плазми (КГП) спрямовано міжнародні екс-
периментальні програми на прискорювачах
важких ядер у Брукхейвені (США) та ЦЕРНі
(Швейцарія). У роботі [3] було побудовано
статистичну модель ядерних зіткнень, у якій
зміни в енергетичній залежності народжен-
ня адронів виникають як результат фазового
перетворення у сильно взаємодіючій матерії,
відомого під назвою деконфайнмент: при під-
вищенні енергії зіткнення замість адронного
газу сильно взаємодіюча матерія трансфор-
мується в КГП. Найбільш цікавим результа-
том такої моделі було передбачення поведінки
відношення числа дивних частинок до числа
пі-мезонів. За низьких енергій формується
адронна фаза. Зростання енергії зіткнення
ядер супроводжується підвищенням темпера-
тури адронного газу, що призводить до різкого
зростання відношення числа дивних частинок
до числа пі-мезонів. За дуже великих енергій
та формування КГП це відношення перестає
залежати від температури і, як наслідок, не за-
лежить від енергії зіткнення ядер. Перехід між
цими двома дуже різними залежностями при-
зводить до появи гострого максимуму у від-
ношенні числа дивних частинок до числа пі-
мезонів як функції енергії зіткнення ядер. Це
теоретичне передбачення стимулювало експе-
риментальну програму зі сканування енергій
на прискорювачі SPS у ЦЕРНі. Експерименти
з Pb+Pb-зіткнень, виконані в 2002—2005 рр.
колаборацією NA49, підтвердили це передба-
чення статистичної моделі фазового перетво-
рення (рис. 1).
3. Універсальна оптична провідність гра-
фену. Графен, який є одношаровим, а точніше,
Рис. 1. Відношення числа дивних частинок до числа
пі-мезонів як функції енергії зіткнення ядер: а — те-
оретичне передбачення 1998 р. (суцільна лінія) та на-
явні на той час експериментальні дані (точки); б — екс-
периментальне підтвердження 2002—2005 рр.
S (GeV)NN
RHIC
112 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (1)
ПОДІЇ
товщиною в один атом, вуглецевим кристалом,
експериментально відкрили А. Гейм і К. Ново-
сьолов у 2004 р. Кристалічна структура графе-
ну має гексагональну, або стільникову, ґратку.
З точки зору фізики конденсованого стану
унікальність графену полягає в тому, що заря-
джені носії в ньому поводять себе як безмасовi
кiральнi релятивістські частинки, рух яких
описується рівнянням Дiрака—Вейля. В Укра-
їні ще до відкриття графену співробітники Ін-
ституту виконали піонерні роботи, в яких пе-
редбачили цілий ряд ефектів, властивих саме
цьому матеріалу. Зокрема, встановлено меха-
нізм генерації щілини в енергетичному спек-
трі квазічастинок і обчислено поздовжню та
холлівську провідності графену в магнітному
полі.
У 2005 р. В. Гусинін і С. Шарапов зробили
передбачення незвичайного квантового ефек-
ту Холла в графені [4]. З їх розрахунків ви-
пливало, що для діраківських електронів у
графені холлівський опір приймає значення
RH = h/νe2, де ν — так званий фактор заповнен-
ня — має бути подвоєним непарним, тобто ν =
= 2(2n+1), або ν = 2, 6, 10, …, де n = 0, 1, 2,.. . Це
суттєво відрізняє графен від звичайних систем
з параболічним спектром низькоенергетичних
збуджень, де у випадку звичайного квантового
ефекту Холла фактор ν може бути довільним
цілим числом. Саме такий незвичайний ефект
Холла, відкритий в експериментах, проведених
групою нобелівського лауреата Г. Штормера
в США (рис. 2) і нобелівськими лауреатами
2010 р. А. Геймом і К. Новосьоловим, допоміг
експериментально довести, що заряджені ква-
зічастинки в графені описуються рівнянням
Дірака.
Однією з важливих властивостей графену,
пов’язаних з діраківським характером носіїв,
є його керована прозорість, що є наслідком
того, що в графенi крім переходів усередині
зони існують також міжзонні переходи (між
від’ємним та додатним діраківськими конуса-
ми). Унаслідок цього залежність оптичної про-
відності σ(Ω) від частоти Ω, окрім піка Друде,
має поріг, який залежить від концентрації но-
сіїв. При Ω < 2|μ|, де μ — хімічний потенціал,
оптична провідність майже відсутня, через
блокування Паулi, а при Ω > 2|μ| вона виходить
на своє універсальне значення σopt. Це нагадує
ефект Бурштейна—Мосса в напівпровідниках.
Величина σopt = πe2/(2h) залежить тільки від
універсальних констант — заряду електрона e i
сталої Планка h. Таку поведінку оптичної про-
відності було вперше передбачено i описано в
роботі [6].
Оскільки коефіцієнт проходження світла
крізь графен виражається через динамічну
про відність формулою Topt = 1/(1 + 2πσ(Ω)/c)2,
де с — швидкість світла, то одержуємо, що про-
зорість графену визначається сталою тонкої
структури α ≈ 1/137 i дорівнює 0,977, тобто по-
глинається тільки 2,3 % світла, що падає. Саме
таку поведінку оптичної провідності i коефіці-
єнта проходження світла спостерігали в експе-
риментальних роботах. Керованість оптичної
прозорості графену може мати низку важли-
вих практичних застосувань, наприклад для
використання в оптичних модуляторах.
4. Бозе-конденсація магнонів (БЕК).
Оскільки завжди вважали, що БЕК може від-
буватися лише за низьких (T ~ 10−7—10−8 К)
температур і експеримент засвідчував, що це
Рис. 2. Експериментальні криві холлівського опору з
характерними поличками, що відповідають його кван-
туванню в графені [5]
1
6
h
e2
1
10
h
e2
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 1 113
ПОДІЇ
так, сенсаційним стало відкриття в 2006 р. БЕК
за кімнатних температур, яку за аналогією з
надпровідністю можна назвати високотемпе-
ратурною. Проте спостережена вона була не
в системі частинок, а в системі квазічастинок.
Йшлося про феромагнетики та їхні елемен-
тарні збудження — магнони. Цей результат
спричинив великий сплеск уваги теоретиків,
але найбільш послідовну теорію БЕК було за-
пропоновано в 2007—2009 рр. співробітниками
Інституту Анатолієм Бугрієм і Вадимом Лок-
тєвим, яким вдалося кількісно описати деякі
спостережувані факти.
Класична формула для температури бозе-
конденсації TBEC залежно від густини квазічас-
тинок n та їхньої маси m:
2 3 2
2 3
2
(3 2)
BEC
B
n
T
m k
/
/
π= .
ζ /
�
Спектральна густина магнонів n(ω) форму-
ється завдяки трьом внескам: власне від БЕК
nc(ω), поверхневого ns(ω) та об’ємного nν(ω).
Проблема полягає в тому, що вони мають прин-
ципово різну природу, але близьку дзвінопо-
дібну залежність від частоти. Тобто така пове-
дінка спостережуваних кривих не є підставою
для висновку щодо утворення БЕК. Автори
знайшли умови, за якими можна експеримен-
тально відокремити БЕК від маскуючих ефек-
тів, зумовлених некогерентними внесками.
Як видно з рис. 3, розрахунок функції n(ω)
непогано відображає експеримент. Цей ре-
зультат Відділення фізики і астрономії НАН
України визнало одним з найкращих у 2009 р.
Пізніше вдалося довести, що через особливості
спектра магнонів у плівках БЕК у них має бути
неоднорідно-періодичною, що також було екс-
периментально підтверджено.
5. Перемикання полярності магнітних
вихорів у наномагнетиках. Характерні про-
сторовий та часовий масштаби, які характе-
ризують динаміку феромагнітного середови-
ща, зазвичай не перевищують 10 нм та 100 пс
відповідно. Характерна магнітна довжина ви-
значається конкуренцією обмінної взаємодії,
анізотропії та диполь-дипольної взаємодії і ви-
значає ширину доменної стінки чи розмір ядра
магнітного вихору. Якщо в одному з просторо-
вих вимірів розмір феромагнетика є зіставним
з характерною магнітною довжиною, то такий
зразок може набувати специфічних і цікавих з
точки зору застосувань властивостей. Напри-
клад, динаміка намагніченості тонкої феромаг-
нітної плівки часто характеризується появою
магнітних вихорів. Магнітний вихор також
може бути основним станом намагніченості
плоскої магнітної наноточки субмікрометро-
вого розміру. В Інституті запропоновано метод
перемикання полярності магнітного вихору
(напрямку намагніченості ядра) за допомо-
гою змінного магнітного поля [7, 8]. Ця задача
є ключовою для створення енергонезалежної
ком п’ю терної пам’яті нового покоління VRAM
(Vortex Random Access Memory), в якій біт ін-
формації зберігається як полярність вихору.
Для задач спінтроніки ключовим є питання
взаємодії спін-поляризованого струму з маг-
нітним середовищем. Було встановлено умови
утворення вихор-антивихрової метаречовини
в магнітних плівках під дією поперечного спін-
поляризованого струму: за густини струму,
близької до критичного значення насичення,
виникає стійкий кристал з двома квадратними
підґратками — вихровою та антивихровою; зі
зменшенням струму кристал плавиться, де-
монструючи перехід до рідинної фази, де руй-
нується дальній порядок, проте зберігається
Рис. 3. Спектральна густина магнонів за різної по-
тужності накачки: кружечки — експериментальні дані;
лінії — теоретичні розрахунки. На вставці зображено
геометрію феромагнітної плівки залізо-ітрієвого гра-
нату
114 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (1)
ПОДІЇ
ближній; у разі подальшого зменшення густи-
ни струму відбувається перехід до газоподібної
фази, яка характеризується хаотичним рухом
вихорів та антивихорів [9, 10].
Розвинуто новий напрям у наномагнетиз-
мі — магнетизм криволінійних низьковимірних
систем. Отримано загальний вираз для обмін-
ної енергії криволінійних двовимірних плівок і
одновимірних дротів довільної форми. Показа-
но, що кривизна та кручення призводять до по-
яви в обмінній енергії ефективних анізотропії
та взаємодії Дзялошинського [11, 12]. У рам-
ках цього підходу було передбачено зв’язок
між хіральністю магнітної підсистеми і геоме-
тричною хіральністю магнетика [13], а також
передбачено ряд нових ефектів: зумовлений
крученням лінійний зсув у дисперсії магнонів
у криволінійному дроті, пінінг доменної стінки
на згині дроту.
6. Статистичний опис систем з взаємо-
дією. Є багато методів статистичного опису
систем взаємодіючих частинок. Для деяких
потенціалів взаємодії статистична сума просто
розбігається. Такі потенціали називають ката-
строфічними, а вивчення відповідних систем
вимагає розроблення спеціальних підходів. На
основі апарату теорії поля запропоновано новий
підхід до статистичного опису систем взаємоді-
ючих частинок. Підхід дає змогу описати фазо-
вий перехід, що супроводжується просторово
неоднорідним розподілом частинок. Застосу-
вання методів класичної статистичної фізики та
теорії поля дозволило розробити новий підхід
до опису систем взаємодіючих частинок з ураху-
ванням їх просторово неоднорідного розподілу
і побудувати теорію утворення кластерів у кон-
денсованих середовищах. За допомогою цього
методу задачу статистичної фізики можна звес-
ти до задач математичної фізики, знаходження
розв’язків нелінійних диференційних рівнянь
для відповідних полів. Ця задача значно легша
за визначення статистичної суми. У цьому під-
ході вдалося описати поведінку кулонівських
систем з формуванням вігнерівського кристалу,
поведінку самогравітуючої системи з форму-
ванням просторово неоднорідного розподілу
частинок, поведінку системи з далекосяжним
відштовхуванням та короткодіючим притяган-
ням. Можливість урахування взаємодії між
різними ступенями вільності конденсованого
середовища дозволила описати нетривіальний
броунівський рух колоїдних частинок у рідко-
му кристалі (рис. 4) [14—18].
Запропоновано також новий феноменоло-
гічний підхід до опису фазових переходів, що
супроводжуються формуванням просторово
неоднорідного розподілу частинок у конденсо-
ваному середовищі. Цей підхід ґрунтується на
використанні моделі, що враховує зв’язок па-
раметра порядку з його градієнтом [19, 20].
7. Молекулярна електроніка. Однією з
найважливіших проблем сучасної електроніки
є мініатюризація її елементної бази, для якої
передбачається використання органічних мо-
лекул та молекулярних наноструктур. Зараз
розвинуто унікальну техніку дослідження стру-
мів як через окремі молекули, так і через моле-
кули, що входять у структуру моно- та бішарів
(рис. 5а). Це дозволило розпочати з’ясування
фундаментальних фізичних механізмів провід-
ності окремих молекул. У відділі квантової тео-
рії молекул і кристалів було розвинуто теорію
електрон-транспортних процесів у нанопри-
строях «електрод—молекула—електрод» [21].
Показано принципову роль перезаряджання мо-
лекули у формуванні стрибкового (hop) та пря-
мого міжелектродного (dir) тунельного струму
(рис. 5б). Теорія добре описує експеримент. На
рис. 5в проілюстровано діодні (випрямні) влас-
тивості молекули [22]. Теорія передбачає та-
кож, що швидке перемикання електричних по-
тенціалів на контактах призводить до великих
струмів вмикання/вимикання в діоді порівняно
Рис. 4. Процес формування просторово неоднорідного
розподілу в системі бозе-частинок
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 1 115
ПОДІЇ
Рис. 5. Формування електронного струму через моле-
кулу: а — експериментальні методи; б — стрибкова та
тунельна трансмісія; в — молекулярний діод; г — струм
вмикання
зі стаціонарними струмами у цьому діоді [23—
25] (рис. 5г). Цей ефект має бути врахований
при роботі молекулярних діодів, транзисторів,
трансмітерів, перемикачів тощо.
8. Теорія запорошеної плазми. Близько 20
років тому виник новий розділ — фізика запо-
рошеної плазми, яка містить дрібнодисперсну
твердотільну фазу (порошинки). Така плазма
має особливі властивості, пов’язані з тим, що
порошинки можуть накопичувати і нести на
собі великий електричний заряд. Оскільки те-
плова швидкість електронів набагато переви-
щує швидкість іонів, поглинання електронів
відбувається інтенсивніше, а отже, заряд по-
рошинки стає від’ємним. Запорошена плазма
поширена як у природних (космічна і геофі-
зична плазма, хвости комет, планетарні кільця
тощо), так і в лабораторних умовах (газові роз-
ряди, плазма в технологічних установках для
оброблення поверхонь, термоядерна плазма в
токамаках тощо).
У запорошеній плазмі легко створити умо-
ви, за яких відбувається зміна фазового ста-
ну системи порошинок; вона може поводити
себе як газ або як рідина чи навіть утворюва-
ти кристалічні структури. Такі зміни можна
спостерігати практично неозброєним оком, а
отже, запорошена плазма стає ідеальним по-
лігоном для перевірки теорії критичних явищ
у багаточастинкових системах. Послідовний
опис запорошеної плазми потребує урахуван-
ня самоузгодженої динаміки заряджання по-
рошинок. Таке узагальнення було здійснено
на основі перших принципів статистичної ме-
ханіки [26, 27]. Отримані кінетичні рівняння
стали основою для подальшого розвитку теорії
запорошеної плазми.
Актуальним завданням є також визначення
потенціалу взаємодії порошинок у плазмі. У ре-
зультаті аналітичних і числових розрахунків
вдалося детально вивчити властивості ефектив-
них потенціалів порошинки, зумовлені наявніс-
тю плазмових потоків на порошинку [28—31].
Наявність потоків виявилася надзвичайно
важливою. У випадку порошинки, заряд якої
підтримується плазмовими струмами, потен-
ціал є суперпозицією екранованого і кулонів-
а
б
в
г
116 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (1)
ПОДІЇ
ського потенціалів. Цікаві властивості має та-
кож потенціал порошинки, яка рухається. За
певних умов попереду порошинки домінує над-
лишковий додатний заряд, а позаду від’ємний.
Це означає, що порошинка, яка рухається, за-
мість того, щоб гальмуватися індукованим на-
вколо неї полем, починає прискорюватися [32,
33]. Цей механізм може бути однією з причин
аномально високої середньої кінетичної енер-
гії порошинки та плавлення плазмових кри-
сталів, що спостерігається в експериментах.
Очевидно, що поблизу порогу нестійкого
руху порошинки важливу роль починають ві-
дігравати флуктуації заряду порошинки, які є
наслідком флуктуацій плазмових струмів за-
ряджання. Як було показано [34], вони суттєво
впливають на функції розподілу порошинок і
можуть індукувати зміну фазового стану сис-
теми порошинок.
Замість післямови
Наведені результати є лише незначною части-
ною наукового доробку Інституту за 50 років
його існування. За цей період було опублі-
ковано понад 10 тис. наукових праць, видано
140 монографій, захищено 83 докторські та
близько 200 кандидатських дисертацій. Серед
відзнак за наукові досягнення — дві Ленінські
премії, 15 Державних премій України в галузі
науки і техніки, 22 премії імені видатних уче-
них НАН України, 8 Премій Президента Укра-
їни для молодих учених і НАН України для
молодих учених. Детальнішу інформацію про
історію Інституту та здобутки його науковців
можна знайти в книзі «Інститут теоретичної
фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України.
1966—2016» (К.: Академперіодика, 2015).
Попри всі труднощі і негаразди нашого сьо-
годення колектив Інституту зберіг і наростив
свій науковий потенціал. Ми не втрачаємо на-
дії на краще майбутнє і продовжуємо активно
працювати над актуальними проблемами фі-
зичної науки, організацією наукових конфе-
ренцій, підготовкою наукових кадрів, залучен-
ням до наукової роботи талановитої молоді.
Подвижницька праця науковців Інституту, так
само як і багатьох їхніх колег з інших акаде-
мічних установ, заслуговує на глибоку повагу
замість нинішнього зневажливого ставлен-
ня з боку урядовців і політиків, які не мають
жодного уявлення про діяльність і досягнення
Академії. Однак навіть за таких обставин Ін-
ститут робить усе від нього залежне, щоб під-
тримувати імідж України як країни з високим
рівнем фундаментальної науки. Співробітники
Інституту вірять у те, що теоретична фізика в
Україні має майбутнє.
REFERENCES
1. Boyarsky A., Ruchayskiy O., Iakubovskyi D., Franse J. Unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy
and Perseus galaxy cluster. Phys. Rev. Lett. 2014. 113(25): 251301.
2. Boyarsky A., Franse J., Iakubovskyi D., Ruchayskiy O. Checking the dark matter origin of a 3.53 keV line with the
Milky Way center. Phys. Rev. Lett. 2015. 115(16): 161301.
3. Gazdzicki M., Gorenstein M.I. Structure and dynamics of elementary matter. Acta Phys. Polon. B. 1999. 30: 2705.
4. Gusynin V.P., Sharapov S.G. Unconventional integer quantum Hall effect in graphene. Phys. Rev. Lett. 2005. 95(14):
146801.
5. Zhang Y., Tan Y.-W., Stormer H.L., Kim P. Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry’s phase in
graphene. Nature. 2005. 438: 201.
6. Gusynin V.P., Sharapov S.G., Carbotte J.P. Unusual microwave response of Dirac quasiparticles in graphene. Phys.
Rev. Lett. 2006. 96(25): 256802.
7. Kravchuk V., Sheka D., Gaididei Yu., Mertens F.G. Controlled vortex switching in magnetic nanodisks by a rotating
magnetic field. J. Appl. Phys. 2007. 102(4): 043908.
8. Kravchuk V.P., Gaididei Yu., Sheka D.D. Nucleation of a vortex-antivortex pair in the presence of an immobile mag-
netic vortex. Phys. Rev. B. 2009. 80(10): 100405(R).
9. Volkov O.M., Kravchuk V.P., Sheka D.D., Gaididei Yu. Spin-transfer torque and current-induced vortex superlattices
in nanomagnets. Phys. Rev. B. 2011. 84(5): 052404.
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 1 117
ПОДІЇ
10. Gaididei Yu., Volkov O.M., Kravchuk V.P., Sheka D.D. Magnetic vortex-antivortex crystals generated by spin-polar-
ized current. Phys. Rev. B. 2012. 86(14): 144401.
11. Gaididei Yu., Kravchuk V.P., Sheka D.D. Curvature effects in thin magnetic shells. Phys. Rev. Lett. 2014. 112(25):
257203.
12. Sheka D.D., Kravchuk V.P., Gaididei Yu. Curvature effects in statics and dynamics of low dimensional magnets.
J. Phys. A. 2015. 48(12): 125202.
13. Pylypovskyi O.V., Kravchuk V.P., Sheka D.D., Makarov D., Schmidt O.G., Gaididei Yu. Coupling of chiralities in
spin and physical spaces: The Möbius ring as a case study. Phys. Rev. Lett. 2015. 114(19): 197204.
14. Lev B.I., Zhugayevich A.Ya. Statistical description of model systems of interacting particles and phase transitions
accompanied by cluster formation. Phys. Rev. E. 1998. 57: 6460.
15. Grigorishin K.V., Lev B.I. Cluster formation in the system of interacting Bose particles. Phys. Rev. E. 2005. 71(6):
066106.
16. Lev B.I. Nonequilibrium self-gravitating system. Int. J. Mod. Phys. B. 2011. 25(16): 2237.
17. Lev B.I., Zagorodny A.G. Statistical description of Coulomb-like systems. Phys. Rev. E. 2011. 84: 061115.
18. Turiv T., Lazo I., Brodin A., Lev B.I., Reiffenrath V., Nazarenko V.G., Lavrentovych O.D. Effect of collective molecu-
lar reorientation on Brownian motion of colloids in nematic liquid crystal. Science. 2013. 342(6164): 1351.
19. Lev B.I., Zagorodny A.G. Pattern formation in the models with coupling between order parameter and its gradient.
Eur. Phys. J. B. 2013. 86(10): 422.
20. Lev B.I., Rozhkov S.S., Zagorodny A.G. Model of a scalar field coupled to its gradients. Europhys. Lett. 2015. 111(2):
26003.
21. Petrov E.G. Towards a many-body theory of the combined elastic and inelastic transmission through a single mol-
ecule. Chem. Phys. 2006. 326(1): 151.
22. Petrov E.G. Formation of a current through organic molecules with strongly separated energy levels. Mol. Cryst. Liq.
Cryst. 2007. 467(1): 3.
23. Petrov E.G., Shevchenko Ye.V., May V., Hanggi P. Transient switch-on/off currents in molecular junctions. J. Chem.
Phys. 2011. 134(20): 204701.
24. Milias-Argeitis A., Lygeros J. Steady-state simulation of metastable stochastic chemical systems. J. Chem. Phys. 2013.
138(18): 184109.
25. Petrov E.G., Marchenko A., Kapitanchuk O.L., Katsonis N., Fichou D. Conductance mechanism in a linear non-conju-
gated trimethylsilyl-acetylene molecule: tunneling through localized states. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2014. 589(1): 3.
26. Schram P.P., Sitenko A.G., Trigger S.A., Zagorodny A.G. Statistical theory of dusty plasmas: Microscopic equations
and Bogolyubov-Born-Green-Kirkwood-Yvon hierarchy. Phys. Rev. E. 2001. 63(1): 016403.
27. Zagorodny A.G. Bogoliubov-Born-Green-Kirkwood-Yvon hierarchy and the kinetic theory of dusty plasmas. Theor.
Math. Phys. 2009. 160(2): 1101.
28. Bystrenko O., Zagorodny A. Screening of dust grains in a weakly ionized gas. Effects of charging by plasma currents.
Phys. Rev. E. 2003. 67(6): 066403.
29. Bystrenko T., Zagorodny A. Effects of bound states in the screening of dust particles in plasmas. Phys. Lett. A. 2002.
299(4): 383.
30. Filippov A.V., Zagorodny A.G., Momot A.I., Pal A.F., Starostin A.N. Kinetic description of the screening of the charge
of macroparticles in a nonequilibrium plasma. JETP Lett. 2007. 86(12): 761.
31. Semenov I.L., Zagorodny A.G., Krivtsun I.V. A kinetic study of dust grain screening based on the numerical solution
of the Vlasov-Bhatnagar-Gross-Krook equations. Phys. Plasmas. 2011. 18(10): 102110.
32. Filippov A.V., Zagorodny A.G., Momot A.I, Pal’ A.F., Starostin A.N. Screening of a moving charge in a nonequilibrium
plasma. J. Exp. Theor. Phys. 2009. 108(3): 497.
33. Semenov I.L., Zagorodny A.G., Krivtsun I.V. Ion drag force on a dust grain in a weakly ionized collisional plasma.
Phys. Plasmas. 2013. 20(1): 013701.
34. Lev B., Tymchyshyn V., Zagorodny A. Influence of charging current fluctuations on the grain velocity distribution in
weakly-ionized plasmas. Phys. Lett. A. 2011. 375(3): 593.
118 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (1)
ПОДІЇ
А.Г. Загородний
Институт теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова НАН Украины (Киев)
СОЗДАНИЕ И РАЗВИТИЕ ИНСТИТУТА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
ИМ. Н.Н. БОГОЛЮБОВА НАН УКРАИНЫ
К 50-летию со дня основания учреждения
Рассмотрены основные вехи истории Института теоретической физики им Н.Н Боголюбова НАН Украины,
формирования и развития научных школ. Представлены главные направления деятельности Института и важ-
нейшие научные достижения его сотрудников.
A.G. Zagorodny
Bogolyubov Institute for Theoretical Physics of National Academy of Sciences of Ukraine (Kyiv)
FOUNDATION AND DEVELOPMENT OF BOGOLYUBOV INSTITUTE
FOR THEORETICAL PHYSICS OF NAS OF UKRAINE
On the 50th anniversary of the Institute
The milestones in the history of the Bogolyubov Institute for Theoretical Physics of the National Academy of Sciences
of Ukraine, formation and development of scientific schools are overviewed. The main directions of research of the
Institute and the most important scientific results are highlighted.
|