Квантовые системы

Квантовая физика, включающая волновой подход к описанию материи, всегда представляла собой заманчивую область приложений для нижегородской школы нелинейных колебаний и волн. Еще в работах полувековой давности А. В. Гапонова-Грехова, В. Л. Гинзбурга, С. А. Жевакина, В. В. Железнякова, В. М. Файна, Я. И. Ханина в НИРФИ, а потом в последующих работах А. А. Андронова, В. М. Геликонова, О. А. Кочаровской, Г. А. Пасманика, Г. И. Фрейдмана и др. в ИПФ встречаются яркие примеры анализа сложных квантовых явлений и их классических аналогов в электронике, в атомной и ядерной физике, в физике лазеров и полупроводников. Проведенные ранее в ИПФ РАН исследования в области квантовой оптики и квантовой электроники позволили в последние годы успешно развивать целый ряд приоритетных направлений квантовой физики – и фундаментальной, и прикладной.

Так, в ИПФ РАН создана первая в России установка для охлаждения ферми- и бозе-газов до квантового вырождения; приготовлен первый в мире двумерный ферми-газ атомов. Предложены и реализованы методики прецизионной магнитометрии, основанные на эффекте когерентного захвата населенностей. Разрабатываются твердотельные логические элементы и элементы памяти для квантовых информационных и телекоммуникационных систем. Развиты новые методы получения экстремально коротких импульсов электромагнитного излучения в видимом, рентгеновском и гамма-диапазонах, а также новые методы генерации интенсивных потоков коррелированных фотонов.

Предложена микроскопическая теория критических явлений в фазовых переходах 2-го рода. Впервые получено аналитическое решение проблемы бозе-эйнштейновской конденсации и критических флуктуаций в мезоскопических ловушках с идеальным газом и выяснена универсальная структура термодинамических и статистических величин в окрестности критической лямбда-точки. Установлены уникальные свойства и указано на возможность реализации лазера на бозе-конденсате активных частиц с внутренними степенями свободы, в частности лазера на ловушках для бозе-конденсации диполярных экситонов в полупроводниковых квантовых ямах. Сотрудниками института предсказано, впервые продемонстрировано (в совместных российско-американских экспериментах) и детально изучено явление коллективной рекомбинации свободных электронов и дырок в замагниченных полупроводниковых структурах. Развита квантовая теория, рассчитаны ожидаемые режимы и разработаны требуемые гетероструктуры (совместно с ФТИ РАН) для нового класса лазеров – сверхизлучающих лазеров класса D, в которых принципиальную роль играет когерентная динамика поляризации квантовой среды. Предложен и экспериментально реализован (совместно с ИФМ РАН и НИФТИ ННГУ) ряд схем эффективной внутрирезонаторной генерации излучения разностной частоты в широком ИК-диапазоне на основе полупроводниковых лазеров оригинальной конструкции.

Во всех указанных направлениях квантовой физики институт занял передовые позиции в российской и мировой науке и успешно взаимодействует с различными научными центрами, ведущими исследования аналогичных проблем в России и за рубежом.