ИСТИНА

Скирмионы – это топологически-устойчивые нетривиальные структуры намагниченности. В 2018 году удалось впервые получить трёхмерные скирмионы в конденсате Бозе-Эйнштейна, что сделало изучение скирмионов важной целью современных исследований. Целью предлагаемого проекта является исследование влияния конечных температур и квантовых флуктуаций на свойства скирмионов в спин-1 ультрахолодных квантовых газах бозонов. Реализация проекта требует решения следующих задач. Во-первых, это развитие обобщенной квантовой гидродинамики бозонов, при конечной температуре, включая уравнение эволюции давления для нормальной компоненты системы бозонов. Основным объектом является спин-1 бозоны. Но в качестве промежуточного шага исследования планируется решить задачу вывода описанной системы уравнений для спин-0 бозонов. Полученные уравнения будут использованы для решения задачи исследования коллективных эффектов в ультрахолодных квантовых газах бозонов с акцентом на динамике скирмионов.

Skyrmions are a well-known and actively investigated object in spinor quantum gases, which manifest themselves as particle-like nonlinear magnetization structures, in particular spin-1 bosons in the Bose-Einstein condensate state. Skyrmions are actively studied theoretically and experimentally along with other collective effects (vortices, monopoles). The interaction of skyrmions and methods for controlling the dynamics of skyrmions are also being actively studied. The project is aimed at studying the properties of skyrmions in spin-1 ultracold bosons at a finite temperature and under the influence of quantum fluctuations. Moreover, the pressure evolution of bosons in excited states will also be studied through the equation of pressure evolution derived by the method of multiparticle quantum hydrodynamics. Using the obtained models, investigate collective processes including solitons and skyrmions in quantum gases. To determine the change in the properties of skyrmions and interaction characteristics under the influence of pressure evolution of the normal component of ultracold bosons.

Вывод уравнений двухжидкостной (БЭК и нормальная компонента) квантовой гидродинамики спин-0 ультрахолодных бозонов при конечной температуре и при влиянии квантовых флуктуаций включающей уравнение эволюции давления для нормальной компоненты. Структура тензора поля потока силы короткодействующего взаимодействия в уравнении эволюции давления для спин-0 ультрахолодных бозонов. Вывод уравнений двухкомпонентной (БЭК и нормальная компонента) квантовой гидродинамики спин-1 ультрахолодных бозонов при конечной температуре и при влиянии квантовых флуктуаций включающей уравнение эволюции давления для нормальной компоненты. При этом будет рассмотрена спинорная природа каждой компоненты. Таким образом, каждая компонента будет рассмотрена как трехжидкостная система соответствующая трем проекциям спина. Структура тензора поля потока силы короткодействующего взаимодействия в уравнении эволюции давления для спин-1 ультрахолодных бозонов. Особенности структуры тензора поля потока силы связанного с существованием двух потенциалов взаимодействия между атомами с различными проекциями спина. Исследование скирмионов в спинорном конденсате Бозе-Эйнштейна это быстро развивающаяся область. Исследование эффектов температуры, давления и квантовых корреляций имеет фундаментальное значение в понимании свойств скирмионов в квантовых газах. Наряду с влиянием спин-орбитального взаимодействия на свойства скирмионов, которое активно исследуется в последние годы, влияние бозонов находящихся в возбужденных состояниях открывает возможности управления свойствами скирмионов, их взаимодействием, стабильностью и динамикой. Исследование спинорных конденсатов проводится с перспективой их практического применения в методах хранения и передачи информации. В частности, скирмионы в различных физических системах также используются для разработки методов хранения и передачи информации. Кроме того, исследование скирмионов в квантовых газах даёт уникальную возможность манипуляции свойствами системы частиц, таких как геометрия системы (изменяя форму удерживающего потенциала) и интенсивности и знака взаимодействия между частицами (через резонанс Фешбаха). Это дает возможность создания условий недоступных в твердотельных образцах. Более того, наша цель исследования температурных эффектов связана с прикладной значимостью наших исследований и с неизбежным влиянием температуры в экспериментальных образцах. А также, с более широким распространением экспериментальных лабораторий, в частности в Российской Федерации, где работают с квантовыми газами, где нет полной конденсации бозонов. Такие экспериментальные системы более экономичны и приоритетны для прикладного применения.

Исследование квантовых газов связано как с изучением бозонов в состоянии конденсата Бозе-Эйнштейна (БЭК) так и с изучением ультрахолодных фермионов. Выполненный вывод уравнения Гросса-Питаевского (ГП) имеет промежуточное значение. Выполнено обобщение уравнения ГП, которое более детально учитывает короткодействующее взаимодействие атомов. Развитие нелокальных гидродинамических моделей ультрахолодных квантовых газов привело к предсказанию нового типа солитона в БЭК и бозон-фермионных смесях. Исследование электрических дипольных моментов являлось обобщением или ответвлением от активно развивающейся в те годы во многих научных группах по всему миру физики квантовой плазмы частиц с магнитным моментом. В первую очередь рассматривалась спиновая степень свободы электронов и учитывалось спин-спиновое взаимодействие. Последующее развитие метода квантовой гидродинамики в нашей группе было выполнено для квантовой плазмы частиц со спином. Были предложены гидродинамическая и кинетическая модели с раздельной спиновой эволюцией для квантовой плазмы. Эти модели обоснованы выводом соответствующих уравнений из микроскопических квантовых уравнений. Детализация динамики электронов позволила показать существование нового типа волн названных спин-электрон-акустическими (СЭА) волнами. Исследование СЭА волн было выполнено для различных режимов. Система уравнений квантовой гидродинамики для конденсата Бозе-Эйнштейна лантаноидов учитывающая анизотропию короткодействующего взаимодействия. Показано, что дипольная часть анизотропии проявляется в третьем порядке по радиусу взаимодействия, тогда как первый порядок определяется только изотропной частью взаимодействия. Вклад анизотропии в спектр Боголюбова вычислен и показывает возникновение коротковолновой неустойчивости при некоторых направлениях распространения волн. Вклад анизотропии в свойства яркоподобного солитона существующего в БЭК с отталкивающим взаимодействием благодаря взаимодействию в третьем порядке по радиусу взаимодействия.