Публикации

Persistent motion of passive asymmetric bodies in non-equilibrium media has been experimentally observed in a variety of settings. However, fundamental constraints on the efficiency of such motion are not fully explored. Understanding such limits, and ways to circumvent them, is important for efficient utilization of energy stored in agitated surroundings for purposes of taxis and transport. Here, we examine such issues in the context of erratic movements of a passive asymmetric dumbbell driven by non-equilibrium noise. For uncorrelated (white) noise, we find a (non-Boltzmann) joint probability distribution for the velocity and orientation, which indicates that the dumbbell preferentially moves along its symmetry axis. The dumbbell thus behaves as an Ornstein–Uhlenbeck walker, a prototype of active matter. Exploring the efficiency of this active motion, we show that in the over-damped limit, the persistence length l of the dumbbell is bound from above by half its mean size, while the propulsion speed v∥ is proportional to its inverse size. The persistence length can be increased by exploiting inertial effects beyond the over-damped regime, but this improvement always comes at the price of smaller propulsion speeds. This limitation is explained by noting that the diffusivity of a dumbbell, related to the product v∥ l, is always less than that of its components, thus severely constraining the usefulness of passive dumbbells as active particles.

В настоящей работе предложен и исследован новый метод возбуждения поверхностных плазмонных волн на основе фотолюминесценции поверхности наноструктурированного металла. Метод был продемонстрирован на плазмонном кристалле, образованном массивом наноотверстий в пленке Ag толщиной 200 нм (поддерживающей резонансы SPP), покрытой слоем Au толщиной 10 нм (для эффективного возбуждения фотоиндуцированной люминесценции). Было показано, что с помощью этого метода можно: (i) эффективно возбуждать плазмонные волны в сверхбольшом спектральном диапазоне, (ii) проводить измерения оптических свойств плазмонного кристалла, (iii) проводить измерения оптических характеристик плазмонных волн.

В середине прошлого века было продемонстрировано, что с уменьшением размеров

сверхпроводящих структур, например, толщины тонкой плёнки, её критическая температура Тс

сдвигается на некоторую величину. В алюминии, олове и индии она увеличивается, а в ртути, ниобии

и свинце она уменьшается. Тем не менее, общепринятой теории, объясняющей данный эффект до

настоящего времени нет. В 70-х годах, во время самого большого объёма исследований по данной

тематике, В.Л. Гинзбург сделал предположение, что температура перехода достаточно чистой,

моноатомной плёнки сверхпроводника будет точно такой же, как и в объёмном теле. Однако, данное

предположение так и не было проверено, и вопрос о природе этого эффекта всё ещё остаётся

открытым. Для исследования был выбран алюминий, в связи с тем, что зависимость Tс пленки от ее

толщины весьма предсказуема, и увеличивается с уменьшением размеров. Несмотря на некоторое

количество работ по изучению этой зависимости в алюминии, не всегда удаётся точно установить

соответствие с теорией. Это связано с тем, что характеристики варьируются от образца к образцу,

изготовленных даже в одной партии. В нашем случае были изготовлены поликристаллические

плёнки, размеры кристаллитов в которых сопоставимы с толщиной плёнки и эпитаксиальные

образцы с атомарно гладкой поверхностью. Плёнки были изготовлены методами электронно-

лучевого напыления и молекулярно-лучевой эпитаксии на различные подложки. В рамках модели

БКШ критическая температура сверхпроводящего перехода экспоненциально зависит от плотности

электронных состояний на уровне Ферми N(EF) и константы электрон-фононного взаимодействия V:

TC ~ exp(-1/N(EF))*V. В работе показано, что за счет КРЭ в тонких сверхпроводящих пленках оба

параметра N(EF) и V немонотонным образом меняются с толщиной образца. Такое поведение

является следствием теории резонанса формы. Предположительно, эффект, оказываемый

разупорядоченностью кристаллитов, а также поверхностью или подложкой, не имеет доминирующей

роли конкретно в нашем случае, так как плёнки алюминия имеют высокое качество, а их толщины

выходят далеко за пределы сверхтонких объектов, в которых поверхностные явления начинают

играть решающую роль. В результате проделанного исследования была получены

экспериментальные и теоретическая зависимость TC от толщины плёнок, изготовленных разными

способами на разных подложках.