Размер шрифта

A
A

Межстрочный интервал

A
A

Цвет

A
A
22.01.2023

Теорию фазовых переходов Льва Ландау развили доктора наук Ростовского государственного университета

22.01.2023

22 января исполняется 115 лет со дня рождения выдающегося советского физика Льва Давидовича Ландау — лауреата Нобелевской премии и учёного, внесшего вклад абсолютно во все области физики. Некоторые научные направления по сей день развивают в Южном федеральном университете.

Лев Ландау родился в 1908 году в городе Баку. Его отец был инженером-нефтяником, мать — врачом. В школьные годы он самостоятельно изучил дифференциальное и интегральное исчисления. В 13 лет он окончил школу и поступил в Бакинский университет, причем сразу на два факультета — физико-математический и химический. Своих коллег он поражал способностью мгновенно производить сложнейшие математические расчеты, не пользуясь ни логарифмической линейкой, ни справочниками, ни таблицами логарифмов.

Затем Ландау перевелся на физическое отделение Ленинградского университета, который окончил в 1927 году — девятнадцати лет отроду. Ему довелось изучать квантовую механику «с пылу с жару», по оригинальным работам ее основателей, и он был навсегда потрясен красотой этой теории и выразившейся в ней силой человеческого разума, способностью человека, по словам Ландау, понять и описать то, что уже невозможно наглядно вообразить.

В 1929 году Ландау был командирован Наркомпросом за границу и имел возможность в течение полутора лет работать у знаменитого Нильса Бора в Дании, у Эрнста Резерфорда в Англии и у Вольфанга Паули в Швейцарии. Работа с Бором оказала огромное влияние на Ландау — углубило его понимание квантовой механики и до некоторой степени сформировало его научные интересы. После смерти Нильса Бора именно Льва Ландау стали называть первым теоретиком в мире.

Главный научный сотрудник отдела кристаллофизики НИИ Физики Южного федерального университета Никита Тер-Оганесян отметил, что в те годы, когда физики стали делать уклон в специализацию, и специалисты разных разделов часто плохо понимали друг друга, Ландау имел уникальные знания по всем разделам.

«Одной из первых получивших широкое признание научных работ Льва Давидовича Ландау является работа 1930 года о диамагнетизме металлов, которая была написана им как сотрудником Кавендишской лаборатории в Кембридже (Англия) во время его научной командировки в университеты Европы. Ландау показал, что в магнитном поле траектории движения свободных электронов в металлах квантуются наподобие квантования уровней электронов в атомах. Это приводит к появлению у металлов небольшой намагниченности, направленной против направления приложенного внешнего магнитного поля. Впоследствии разработанная им теория помимо прочих успешных применений позволила объяснить открытый в 1980 году квантовый эффект Холла», — рассказал Никита Тер-Оганесян.

В 1933 году для объяснения необычного поведения в магнитном поле хлоридов хрома, железа, кобальта и никеля Ландау ввёл понятие антиферромагнетизма.

Доктор физико-математических наук ЮФУ Никита Тер-Оганесян объяснил, что широко распространенные в быту магниты обычно являются ферромагнетиками, то есть материалами, в которых магнитные моменты атомов выстроены параллельно друг другу в одном направлении. В антиферромагнетиках же в простейшем случае магнитные моменты одной половины атомов противоположно направлены магнитным моментам другой половины. Антиферромагнетики характеризуются большим разнообразием, встречаются значительно чаще, чем ферромагнетики, и также привлекают значительный интерес исследователей как функциональные материалы.

«Однако наибольшее влияние на развитие многих областей не только физики, но и химии, и биологии, оказали две работы 1937 года, в которых Лев Ландау сформулировал общие принципы описания фазовых переходов, сопровождаемых изменением симметрии. Фазой в данном случае называют состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных состояний этого же вещества. Например, жидкая вода, пар и лёд являются различными фазами воды, а переходы между ними с изменением температуры — плавление-кристаллизация и кипение-конденсация являются фазовыми переходами. В большинстве случаев различные фазы отличаются друг от друга и своей симметрией, а фазовые переходы характеризуются нарушением или восстановлением симметрии», — добавил Никита Тер-Оганесян.

Учёный пояснил, что в случае кристаллов симметрией называется свойство кристаллов совмещаться с собой при поворотах, отражениях, параллельных переносах либо при комбинации таких операций. Известно, например, более дюжины различных кристаллических фаз обычного льда, которые отличаются друг от друга взаимным расположением молекул воды в кристаллической решётке и, как следствие, своей симметрией. Именно использование понятия симметрии позволило Ландау сформулировать основы термодинамической теории для описания фазовых переходов, которая теперь называется теорией Ландау фазовых переходов.

«Полезно будет также отметить, что в случае появления намагниченности в обычном магните, среди прочих нарушается симметрия по отношению к обращению времени, а появление бозона Хиггса в Стандартной модели элементарных частиц связано с нарушением гораздо более сложных симметрий. В 1950 году Виталий Гинзбург и Лев Ландау на основе разработанной Львом Давидовичем теории фазовых переходов создали феноменологическую теорию сверхпроводимости. Эти примеры показывают широту физических явлений, которые описываются теорией Ландау», — подытожил Никита Тер-Оганесян.

Важное развитие теории Ландау, позволившее расширить понимание структурных и магнитных фазовых переходов в кристаллах, было осуществлено в Ростовском государственном университете (ныне — Южный федеральный университет) докторами физико-математических наук Владимиром Павловичем Сахненко, Юрием Михайловичем Гуфаном, Виктором Ивановичем Торгашевым, Георгием Михайловичем Чечиным и Владимиром Петровичем Дмитриевым.

В настоящее время свойства испытывающих фазовые переходы кристаллов продолжают активно изучаться в Южном федеральном университете как экспериментально, так и с использованием развитых Ландау и его последователями методов. Это прежде всего кристаллы, в которых происходят сегнетоэлектрические, структурные и магнитные фазовые переходы и их комбинации, а также сплавы и наноструктуры, включая даже капсиды вирусов. Также внимание ученых ЮФУ сосредоточено на изучении сверхпроводимости, фазовых переходов в динамических системах и других исследованиях.

Юбилей Льва Ландау широко празднуется в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленном Президентом России Владимиром Путиным с 2022 по 2031 год, так как основной задачей Десятилетия является усиление роли науки и технологий и рост знания людей о достижениях отечественной науки.

Краткая ссылка на новость sfedu.ru/news/70898

Дополнительные материалы по теме