В последние годы рядом экспериментальных групп был реализован гидродинамический режим электронного транспорта в новых материалах (графен, слоистые металлы и др.), в которых частые межчастичные столкновения и/или сильное упругое рассеяние носителей заряда приводят к формированию вязкой жидкости. Хотя теоретически такой режим переноса для случая электронов проводимости в твёрдых телах был предсказан ещё 50 лет назад, все эти годы вплоть до последних лет оставалось неочевидным, что он может быть реализован на практике. Отмеченные выше успехи в экспериментах привели к появлению большого числа теоретических работ на эту тему, в частности, работ авторов настоящего проекта. В рамках данного проекта мы теоретически изучим роль многочастичных корреляций в гидродинамическом транспорте как в однородных проводниках, так и в структурах, состоящих из разделённых туннельными барьерами гидродинамических и нормальных областей.

Проблемы эффективной спиновой инжекции и спиновой релаксации являются ключевыми для современной полупроводниковой спинтроники. Нами будет исследована туннельная спиновая инжекция в наноструктурах, при этом особое внимание будет уделено динамической туннельной спиновой инжекции и влиянию динамических факторов, таких как отношение скорости туннелирования, и темпа спиновой и зарядовой релаксации на эффективность спиновой инжекции. Впервые будет предложен комплексный анализ динамической спиновой инжекции в системе квантовая яма – коррелированное локализованное состояние.

В рамках проекта будет развита теория рассеяния электронов и топологического эффекта Холла в системах с киральными спиновыми текстурами, характеризуемыми топологически нетривиальными пространственными корреляциями в режиме переменного электрического поля. Топологический эффект Холла имеет как фундаментальную, так и прикладную значимость для устройств беговой памяти (racetrack memory). Мы планируем изучить особенности неравновесного туннельного транспорта между краевыми состояниями топологического изолятора и транспорт через квантовую проволоку с сильным спин-орбитальным взаимодействием и индуцированной с помощью эффекта близости сверхпроводимостью.

Бурное развитие квантовых технологий выдвинуло на передний план задачу теоретического изучения взаимодействия и взаимного влияния макроскопического прибора и квантовой системы. Изучение процессов измерения в многочастичных системах позволит научиться контролируемо моделировать нарушение квантовой когерентности, а также, что особенно важно в контексте развития квантовых технологий, находить способы ее восстановления. В рамках проекта мы определим классы многочастичных коррелированных состояний, которые могут быть созданы в невзаимодействующих и во взаимодействующих спиновых системах, и изучить возможность управления состояниями путем изменения параметров протокола измерения.

Разбавленные магнитные полупроводники в настоящий момент являются одним из наиболее активно изучаемых объектов полупроводниковой спинтроники. Это обусловлено в первую очередь их большим потенциалом с точки зрения приложений. В частности, такие материалы имеют значительное преимущество перед металлическими ферромагнетиками, так как позволяют эффективно инжектировать поляризованные по спину носители заряда в полупроводник. Возможность интегрирования с обычной (в том числе кремниевой) полупроводниковой электроникой делает их весьма перспективным объектом для исследования. Существующие теории, объясняющие возникновение ферромагнетизма в разбавленных магнитных полупроводниках, как правило опираются на косвенное обменное взаимодействие через свободные носители (РККИ- взаимодействие). Однако, с ростом содержания магнитного компонента существенным становится перекрытие волновых функций локализованных на магнитных примесях носителей заряда. Мы планируем построить теорию косвенного обменного взаимодействия через локализованные носители, которое с ростом концентрации магнитной примеси становится определяющим механизмом.

Все перечисленные задачи являются новыми, а их решение представляется актуальным как для теории, так и для приложений.