Лаборатория электрон-ядерных и молекулярных процессов

Сокращенное название: ЛЭЯМП

В составе структурного подразделения::

Телефон: + 7 495 939 51 63

Сайт: http://muscat.sinp.msu.ru/

Адрес: Россия, Москва, микрорайон Ленинские Горы, 1с2 (южное крыло физического факультета МГУ), комната Ц-08

 

Лаборатория электрон-ядерных и молекулярных процессов

Лаборатория электрон-ядерных и молекулярных процессов (ЛЭЯМП) была создана в 2008 году. Лабораторию возглавляет доктор физико- математических наук Евгений Викторович Ткаля.

В лаборатории проводится широкий спектр теоретических исследований на стыке атомной и ядерной физики, а также ядерной спектроскопии и физики твердого тела. Ряд публикаций последнего времени посвящен приложениям квантово-механических методов расчета к решению нанотехнологических задач. Лаборатория тесно сотрудничает с несколькими экспериментальными группами в НИИЯФ МГУ и в институтах РАН.

Основные направления научной работы ЛЭЯМП:
А) Ядерная спектроскопия и смежные области
- теоретические исследования процессов взаимодействия ядра с атомной оболочкой в разных порядках теории возмущений для КЭД;
- процессы возбуждения и распада изомерных уровней атомных ядер в высокотемпературной плотной плазме;
- влияние среды на свойства ядерных переходов низкой и сверхнизкой энергии;
- тормозное излучение при альфа-распаде ядер.
Б) Физика твердого тела и атомная физика
- влияние физико-химического окружения на бета-распад ядер;
- электронные свойства редкоземельных элементов и их соединений.
В) Расчетно-теоретические исследования наноструктур
- разработка комплекса (пакета) компьютерных программ для расчета свойств материалов и наноструктур из первых принципов, основываясь на квантово-механических законах на атомно-молекулярном уровне с последовательным переходом на макроскопический уровень методами статистической физики и термодинамики;
- построение количественных вычислительных моделей для описания и предсказания свойств вещества на различных пространственных и временных масштабах.

В ЛЭЯМП за последние годы выполнены следующие исследования:
1. Доказана несостоятельность концепции изомерной гафниевой бомбы.
2. Предложена схема ядерного лазера оптического диапазона, и теоретически обоснована возможность создания такого устройства на переходе с энергией 7.6 эВ в ядре 229Th. Предсказаны каналы распада низколежащего изомера 229mTh (3/2+, 7.6 эВ): “ядерный свет” в диэлектрике; конверсия на электронах проводимости в металле; электронный мостик в атоме; альфа-распад;
3. Разработана теория процессов возбуждения и распада ядерных уровней при переходах электронов в оболочке атома, в том числе с учетом динамического эффекта объема ядра.
4. Выполнен цикл работ по механизмам возбуждения изомерных уровней атомных ядер в высоко-температурной плотной лазерной плазме. Результаты этих работ привели к обнаружению возбуждения ядер 181Ta в лазерной плазме.
5. Предсказаны спектры тормозного излучения, сопровождающего альфа-распад ядер.
6. Получены формулы для вероятности спонтанного излучения произвольной мультипольности в среде как функции ε и μ.
7. Объяснено ускорение распада (K-захвата) ядра 7Be внутри фуллерена C60 как результат формирования потенциала притяжения и волновой функции с узлом. Предсказано время жизни 7Be внутри (комплекс 7Be@C36) и снаружи (молекула 7Be-C36) фуллерена C36.
8. Открыт новый класс веществ – материалов для хранения водорода – на основе углеродных колец: а) допированных бором и стабилизированных литием, натрием, калием или магнием ароматических углеводородов; б) бор-углеродных нанотрубок стабилизированных литием.
9. Изучен спектр возбужденных состояний молекулы фуллерена С60 в приближении конфигурационного взаимодействия (КВ) с базисом, состоящим из двукратно возбужденных детерминантов.
10. Исследована электронная структура димера церия (Ce2) и ее влияние на фазовые переходы в кристаллическом состоянии церия.

Ряд проектов, ориентированных на физику твердого тела и нанотехнологии, осуществлялся с помощью разработанных в лаборатории компьютерных программ. Ниже приводится краткое описание нескольких таких кодов.

MuScalT– комплекс программ для расчета свойств микросистем (до 100 атомов) на основе фундаментальных законов квантовой механики (т.н. ab-initio расчет). Благодаря использованию новейших численных методов и эффективного программирования, AlgoQMT заметно превосходит все существующие в мире аналоги по соотношению быстродействие и точность расчета. По сути, расчет такого уровня обладает точностью сравнимой с точностью лучших экспериментальных методов, но, не требуя материальной реализации системы, позволяет проводить исследование более гибко и в существенно широком диапазоне параметров.

MuScalRHF - программа, позволяющая проводить расчет энергии микросистем (до 100 атомов) методом Хартри-Фока с учетом электрон-электронных корреляций методом Меллера-Плесета (MP2). Программа позволяет использовать метод "разложения единицы" (resolution of the identity или RI-метод) для существенного ускорения вычисления электрон-электронных интегралов. Метод позволяет сократить число вычислений интегралов со стандартного количества N4 до величины порядка N3. Здесь N – число базисных функций в расчете. Величина N может достигать нескольких тысяч, при этом программа требует на 2-3 порядка меньше памяти и процессорного времени, чем стандартный метод. Это позволяет на обычном персональном компьютере проводить расчеты систем из нескольких десятков атомов с точностью лучше десятых долей ккал/моль. Другие методы, такие как метод функционала плотности или полуэмпирические методы не могут гарантировать такой точности для межмолекулярного взаимодействия. Программа может также вычислять дипольный и квадрупольный моменты молекулы, электронную плотность и некоторые другие характеристики системы.

MuScalOpt - программа оптимизации геометрии молекулярной системы работает как при наличии аналитических градиентов энергии системы, так и в случае, когда этих градиентов нет или их точность недостаточна. Возможны два режима оптимизации:
- оптимизация межмолекулярной геометрии "жестких" молекул;
- полная оптимизация системы (и внутримолекулярная, и межмолекулярная).
Формат параметризации молекулы позволяет также "замораживать" отдельные степени свободы системы, накладывать симметрийные ограничения. Кроме того, программа может выполнять расчет гармонических и ангармонических частот колебаний молекул, а также выдавать информацию о вибрационных модах системы для ее дальнейшей визуализации.

MuScalPlot - программа расчета электронной плотности и выдачи данных для ее визуализации позволяет строить электронную плотность системы в целом и также отдельно создавать молекулярные орбитали. Это позволяет проводить химический анализ молекулярных систем, объяснять и предсказывать их свойства.

MuScalCI - программа, позволяющая проводить расчет электрон-электронных корреляций микросистем (до 100 атомов) более высоких, чем MP2, и построения электронных спектров молекул.

Результаты исследований сотрудников лаборатории опубликованы в ведущих зарубежных и отечественных журналах: Physical Review A, B, C, Physical Review Letters, Nuclear Physics A, The Journal of Physical Chemistry C, Успехи Физических Наук, ЖЭТФ, Письма в ЖЭТФ и других.