Индуцированные лазерным излучением фазовые переходы в сильно коррелированных системах: кинетика, метастабильные состояния и нелинейная спектроскопия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова физический факультет

На правах рукописи

ВОРОНОВ Александр Викторович

Индуцированные лазерным излучением фазовые переходы в сильно коррелированных системах: кинетика, метастабильные состояния и нелинейная спектроскопия

Специальность 01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессов физического

факультета

Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор физико - математических наук, профессор Шувалов Владимир Владимирович доктор физико - математических наук,

профессор Акципетров Олег Андреевич

доктор физико - математических наук, профессор Лозовик Юрий Ефремович

Ведущая организация

РНЦ «Курчатовский институт»

2004 года в

Защита состоится " САУ^ЛС^?^ 2004 года в часов на заседании

диссертационного совета Д 501.001.31 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992 ГСП-2, г.Москва, ул. Академика Хохлова, д. 1, Корпус нелинейной оптики, аудитория им. С.А. Ахманова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ

Т.М. Ильинова

Актуальность

Развитие нелинейной спектроскопии начиналось с изучения разреженных газов, нелинейный отклик которых описывался как отклик одиночных атомов и молекул. Перенос разработанных при этом подходов на случай конденсированных сред оказался не столь тривиален. Процессы обмена энергией и релаксации идут в них чрезвычайно быстро, и внешнее воздействие затрагивает огромное число сильно взаимодействующих атомов и ионов. Существуют здесь и коллективные возбуждения, которые не наблюдаются в разреженных газах: экситоны, плазмоны и т.п. Все это приводит к принципиальному отличию нелинейного отклика таких систем на лазерное воздействие и проявлению целого ряда качественно новых эффектов, которые невозможно объяснить в рамках простейших теоретических моделей. Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП), структуры с пониженной размерностью, композитные материалы, полимеры, фуллерены, углеродные нанотрубки - вот далеко не полный перечень новых материалов, которые весьма активно исследуются современными спектроскопическими методами. Несмотря на огромное число экспериментальных работ в этой области, физика процессов, протекающих в подобных объектах, до конца не ясна. Дело в том, что рассматриваемые системы настолько сложны, что даже на современном этапе развития компьютерной техники их практически невозможно смоделировать исходя из «первых принципов». Силы взаимодействия между частицами в таких материалах настолько велики, что нелинейный характер системы доминирует и последовательный расчет в рамках теории возмущений невозможен. Корреляция каждой частицы со всем коллективом приводит к тому, что даже при плавном изменении параметров (например, уровня возбуждения определенного энергетического состояния при лазерном возбуждении) происходит скачкообразное изменение свойств системы, т.е. фазовый переход. Однако чаще всего теоретические модели, используемые для интерпретации данных нелинейной спектроскопии, основаны на предположении, что фазовое состояние изучаемого объекта остается тем же, которым оно было перед началом измерений, а возможность быстрых качественных изменений игнорируется. Именно поэтому изучение кинетики подобных изменений - фазовых переходов, которые в системах сильно взаимодействующих частиц могут наблюдаться даже при сравнительно низком уровне возбуждения, а также их проявлений в нелинейной спектроскопии представляет, на наш взгляд, большой интерес и является предметом описанных в диссертации исследований.

Цель работы

Основной целью настоящей диссертационной работы являлось исследование специфики индуцированных лазерным излучением фазовых переходов (и неравновесных состояний) в сильно коррелированных системах, а также изучение возможных проявлений

рос. национальная библиотека

таких переходов и состояний в нелинейной спектроскопии. Для описания протекающих процессов должен был быть разработан и апробирован ряд оригинальных методик и приемов совместного решения задач статистической физики, теории фазовых переходов и взаимодействия света с веществом. Эффективность разработанного подхода нужно было продемонстрировать на нескольких конкретных физических примерах, отвечающих фазовым переходам типа:

«порядок —> метастабильный порядок» и «порядок беспорядок» (эволюция т.н. страйп-структур и энергетической псевдощели в купратных ВТСП, глава 1); «порядок модифицированный порядок» и «порядок беспорядок» (эволюция доменной структуры в тонких ферромагнитных пленках, глава 2);

«беспорядок порядок» и «беспорядок частичный порядок» (полная либо частичная конденсация колебательного возбуждения в цепочках сопряженных полимеров (СП), глава 3);

«беспорядок порядок» и «беспорядок динамический порядок», обусловленный конкуренцией нескольких упорядоченных фаз (спонтанное формирование и временная * эволюция динамических голограмм в т.н. самонакачивающихся двойных ОВФ зеркалах (ОВФЗ) на базе фоторефрактивных кристаллов (ФРК), глава 4). Предполагалось, что проведенные в ходе работы над диссертацией теоретические исследования обеспечат возможность последовательной интерпретации целого ряда «аномальных» результатов, полученных в последнее время в экспериментах по стационарной и нестационарной нелинейной спектроскопии купратных ВТСП, тонких ферромагнитных пленок и СП, а также по обращению волнового фронта лазерного излучения в ФРК. Все это должно было позволить:

- выявить существенную роль процессов сильного нелинейного взаимодействия в системе при спонтанном формировании в ней под действием лазерного излучения нового топологического порядка (новых фазовых состояний), включая возможное спонтанное нарушение симметрии, возбуждение динамических режимов и т.д.;

описать кинетику ряда подобных фазовых переходов, которые могут наблюдаться в сильно коррелированных системах при их импульсом возбуждении (например, в нестационарной лазерной спектроскопии);

- выявить значение таких необычных фазовых состояний, возникающих в системе под действием лазерного излучения, на процессы ее взаимодействия со светом, определив тем самым специфику проявлений нового топологического порядка в методах нелинейной спектроскопии.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Показана принципиальная возможность частичной конденсации избыточного (индуцированного лазерным излучением) колебательного возбуждения в цепях СП, с локализацией (вследствие спонтанного нарушения симметрии) колебательного конденсата на одном (С-С либо С=С) из типов связей;

2. Предложена новая теоретическая модель, в рамках которой показано, что под действием короткого лазерного импульса энергетическая щель («псевдощель») в спектре состояний купратных ВТСП разрушается через долгоживущие (время жизни вплоть до 1-3 нс) метастабильные упорядоченные фазы. Построенная модель объясняет противоречия, возникавшие при интерпретации данных целого ряда экспериментов по нестационарной нелинейной спектроскопии ВТСП;

3. Обнаружена возможность «записи» регулярных доменных структур в тонких (толщина сравнима с толщиной скин-слоя) ферромагнитных пленках регулярным пространственно неоднородным распределением интенсивности излучения в цугах коротких (пикосекундных) лазерных импульсов. Объяснено различие кинетики фазового перехода (размагничивания) таких пленок в методах бигармонической накачки (БН) и вырожденной четырехфотонной спектроскопии (ВЧФС);

4. Показано, что в однокристальных самонакачивающихся двойных ОВФ зеркалах, реализованных на ФРК, помимо динамической голограммы, формирующейся в области самопересечения входных пучков (первый «канал» ОВФ), спонтанно рождаются дополнительные решетки показателя преломления с геометрией взаимодействия, типичной для схем двухкристальных ОВФ зеркал (второй «канал» ОВФ). Конкуренция этих каналов приводит к сложной пространственно-временной динамике генерируемых в ФРК нелинейных волн.

Защищаемые положения:

1. Пространственно неоднородное оптическое возбуждение тонких ферромагнитных пленок цугом сверхкоротких лазерных импульсов позволяет «записывать» (формировать) в них регулярные (заданные пространственным распределением интенсивности излучения) доменные структуры, стенки которых локализованы в «темных» (неосвещаемых) областях пленок;

2. Аномальные результаты, полученные методами нестационарной нелинейной спектроскопии в ВТСП Y-Ba-Cu-O (температура сверхпроводящего перехода Тс = 92 К ) в условиях сравнительно небольшого (до «перегрева» электронной подсистемы, могут быть интерпретированы в рамках модели «магнито-дипольного» (спин-волновой обмен) взаимодействия носителей заряда формированием долгоживущих (время жизни до 1-3 не) несверхпроводящих метастабильных упорядоченных фаз;

3. Аномальное соотношение амплитуд стоксовой и антистоксовой компонент в спектре КР сопряженных полимеров, а также появление низкочастотного крыла у антистоксовой компоненты спектра КР при температурах вплоть до комнатных могут быть объяснены фазовым переходом, связанным с конденсацией (коллективизацией) колебательных возбуждений, созданных птической накачкой, в рамках модели сильного нелинейного взаимодействия колебаний в цепочке чередующихся связей;

4. В однокристальном самонакачивающемся двойном ОВФ зеркале на ФРК помимо динамической голограммы, формирующейся в области самопересечения взаимно -некогерентных входных пучков, спонтанно развиваются дополнительные решетки показателя преломления, образующие дополнительный «канал» ОВФ с геометрией взаимодействия, типичной для схем двухкристальных самонакачивающихся ОВФ зеркал. Конкуренция этих двух «каналов» приводит к сложной пространственно-временной динамике генерируемых нелинейных волн.

Практическая значимость работы определяется возможностью:

1. Применения разработанных оригинальных методик решения самосогласованных задач, а также общего подхода к проблеме интерпретации спектроскопических данных в нелинейной спектроскопии сильно коррелированных систем, к задачам, отличных от рассмотренных в диссертации типов;

2. Использования нового метода быстрого (серия из 5-10 последовательных лазерных импульсов длительностью -10 пс) формирования регулярных доменных структур в тонких ферромагнитных пленках для оптической записи информации;

3. Оптимизации геометрии взаимодействия и других параметров однокристальных самонакачивающихся двойных ОВФ зеркал, реализованных на фоторефрактивных кристаллах, с целью получения максимальной энергетической эффективности, стабильности и качества выходного излучения.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы доложены на восьми Международных конференциях: 3rd Italian-Russian Symposium on Problems of Laser Physics and Technology (ITARUS'2000, Palermo, Italy, September 16-20, 2000); Russian-German Laser Symposium (RGLS7000, Vladimir/Suzdal, Russia, September 21-26, 2000); VII International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (IC0N0'2001, Minsk, Belarus, June 26 - July 01,2001); 10th - 12th Annual International Laser Physics Workshops (LPHYS'2001, Moscow, Russia, July 3-7, 2001; LPHYS'2002, Bratislava, Slovakia, July 1-5, 2002; LPHYS'2003, Hamburg, Germany, August 2529, 2003); International Quantum Electronics Conference (IQEC'2002, Moscow, Russia, June 22 -27, 2002); XI Conference on Laser Optics (L0'2003, St. Petersburg, Russia, June 30 - July 4,

2003); а также на Секции физики Ломоносовских чтений 2003 (Москва, физический факультет МГУ, 18-25 апреля 2003 г.). Опубликовано 6 статей в отечественных и зарубежных журналах («Журнал экспериментальной и теоретической физики», «Квантовая электроника», «Laser Physics», «Physics Letters A»).

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Полный объем диссертационной работы 130 страниц, включая 23 рисунков. Библиография содержит 162 наименований, включая 18 публикаций автора.

Личный вклад

Все использованные в диссертации результаты получены автором лично, либо при его определяющем участии в постановке задач, разработке методик измерений и проведении экспериментов.

Содержание работы:

Во введении аргументирована актуальность, цель, научная новизна и практическая значимость проведенных исследований. Сформулированы положения, выносимые автором на защиту. Кратко изложено содержание диссертации по главам.

Первая глава диссертации, как и все последующие, является оригинальной и посвящена описанию результатов исследований кинетики индуцированных лазерным излучением фазовых переходов типа «порядок метастабильный порядок» и «порядок беспорядок» на примере изучения специфики нелинейно-оптической диагностики кинетики перехода купратных ВТСП из сверхпроводящего состояния («порядок») в «нормальное» («метастабильный порядок» и «беспорядок») после воздействия короткого лазерного импульса и объяснения результатов экспериментов по бигармоническому пикосекундному зондированию спектра состояний тонких (200-300 нм) сверхпроводящих пленок Y-Ba-Cu-O, предварительно возбужденных коротким пс) импульсом накачки. В этих

экспериментах было показано, что в отсутствие накачки при температуре эффективность самодифракции пробных импульсов с частотной расстройкой в пределах ширины энергетической щели падает практически до нуля. Причем эта особенность сохраняется еще, по крайней мере, в течение нс после быстрого разогрева исходно сверхпроводящего образца до В то же время известно, что

сверхпроводимость (и связанная с ней энергетическая щель) в таких условиях должна исчезать за времена ~ 1 пс.

Для объяснения этого парадокса в диссертация использована модель, описывающая процессы самоорганизации дырок в одномерные периодически упорядоченные цепочки

(страйпы) в купратных плоскостях за счет их «магнито-дипольного» взаимодействия, обусловленного процессами спин-волнового обмена, с потенциалом вида

У(г,а,,а2)= Всо$(20-а,-а2)/гг (1)

Здесь г = (х,у) - радиус-вектор, соединяющий две дырки в плоскости СиОг, В — константа их эффективного дипольного взаимодействия, описываемого моментом |{11г| = <1, в и а,д

углы между направлениями г И (1| г с осью у, направленной вдоль страйпа В приближении самосогласованного среднего поля получена система связанных нелинейных уравнений Шредингера для одночастичных волновых функций дырок ф|2(х, у) в соседних страйпах Среднее поле выражено через «средний» (по стационарному распределению Гиббса) локальный (по у) магнитодипольный момент (<1)(у) в страйпе Показано, что при энергии связи В ~ 100 мэВ и средней концентрации дырок (уровне легирования) ^п) ~ 0,1 дырки на ячейку, снижение температуры Т ниже критического значения Т" ~ 150 К приводит к формированию пространственно-неоднородных распределений дырок («страйп-структур») и к появлению соответствующей энергетической щели («псевдощели») в спектре состояний Получены зависимости Т" от (п) и ширины щели от Т, согласующиеся с известными экспериментальными данными

Рис I Расчетная зависимость Т*(Ц"1) (а), волновые функции фц(х/а) (сплошная линия и пунктир) при L = 7,5 (б) и зависимость ширины псевдощели (нормированной энергии связи Н дырок в страйпе) от квТ/Е0 при L = 5,6,8 (в) Здесь L - период страйп структуры, нормированный на размер а элементарной ячейки в СиО2 плоскости, Е0=2(л'й)г/(т(1аг), ш„ - эффективная масса дырки, С0 = ЗВт0а2/2я' й2Ь=4,5

При описании динамических процессов учтено, что в нестационарных условиях (d) зависит не только от у, но и от времени Полученное уравнение для интерпретировано как уравнение движения в потенциале U, зависимость которого от (d) представлена на рис 2. Из приведенных Рис.2. Трансформация за- графиков следует, что при Т < Tm = const >Т * на кривых висимости U({d)) при из- U[(d)(y)] имеется два локальных экстремума Первый из них менении температуры Т ^ локализован в точке (d) =0 при любом Т, а положение (d) = {d)( второго U2 меняется при изменении Т. Причем U, < U2 при Т' < Т < Тт и U, > U2 при Т < Т". При Т = Т* энергия фаз одинакова ( U ( = U г ) и реализуются решения с асимптотическим переходом от одного «равновесного» значения

(d)( = 0 ко второму (d)2 = (d)r (условие сосуществования однородных фаз, известное как правило Максвелла, см. рис.Зб).

Рис 3. Эволюция начальной флуктуации вдоль (координата ¿¡) страта при Т/Т* = 1,22 (а), 1,00 (б) и 0,96 (в). Здесь т и Та - время эволюции и время спиновой релаксации в СиОг плоскости; ае - магнитная корреляционная длина; =1,25

При Т" Ф Т < Тт граница раздела фаз «подвижна», а для развития волны переключения фаз необходима начальная «затравка» - начальная флуктуация с характерными размерами порядка ширины области перехода (рис. За и Зв) Расчетная скорость этой волны v зависит от величины управляющего параметра (температуры Т). При подходе к критической точке (Т = Т') V обращается в 0 и затем меняет знак (см. рис.3)

Таким образом, в этой главе показано, что в нестационарных реализациях после быстрого разогрева образца импульсом накачки характер кинетики последующего фазового

перехода зависит от начальной температуры.- При сравнительно небольшом «перегреве» разрушение страйп-структур происходит медленно (времена до Ю-9 с и более) и в два этапа. На первом - формируется сравнительно крупномасштабная (размер ~4 + 6 ячеек) флуктуация в ориентации дипольных моментов, а на втором -область, захваченная флуктуацией, расширяется как волна переключения фаз.

Вторая глава диссертации посвящена описанию особенностей кинетики индуцированных лазерным излучением фазовых переходов типа «порядок модифицированный порядок» и «порядок беспорядок». Здесь на примере решения задачи взаимодействия лазерного излучения с тонкими пленками N1 описаны процессы перестройки доменной структуры (модификация «порядка») и разрушения намагниченности (переход к «беспорядку») в ферромагнитной пленке под действием последовательности (цуга) сверхкоротких лазерных импульсов. В предположении, что длительность лазерных импульсов существенно превышает времена электрон-фононной и электрон-электронной релаксации, электронная подсистема рассмотрена как термализованная с распределением свободных носителей, заданным распределением Ферми-Дирака. Дальнейшее решение -задачи проведено численно и использованием процедуры квантово-механического метода Монте-Карло с учетом того, что во время действия импульса накачки электронная температура существенно превышает температуру фононной подсистемы а

пространственное распределение - задано - распределением . интенсивности падающего излучения I. Поэтому движение s-электронов на расстояниях, превышающих длину свободного пробега (здесь - Ферм невская скорость; - время свободного

пробега), описано как процесс диффузии частиц во внешнем самосогласованном поле, учитывающем как обменное взаимодействие между б- и ё-электронами атомов N1, так и самосогласованное магнитное поле. Эволюция намагниченности пленки рассмотрена для двух разных ситуаций, соответствующих условиям возбуждения в методах пикосекундной бигармонической накачки (БН, пространственно однородная - оптическая накачка) и пикосекундной вырожденной четырехфотонной спектроскопии (ВЧФС, пространственно неоднородное возбуждение). Показано, что под действием 5-7 импульсов накачки, для которых максимальное изменение электронной температуры происходит

практически полная трансформация начальной доменной структуры пленки. При этом в методе ВЧФС формируется весьма характерная и очень устойчивая периодическая (для пленки N1 период составляет около 10 мкм) одномерная (ГО) регулярная «полосатая» доменная структура, с ориентацией магнитных доменов (полос), заданной направлением полос интерференционной картины (рис.4а).

Рис 4 Трансформация доменной структуры тонкой 11 Д ^ .Д. Цр-^5" пленки Л'| в методе ВЧФС при воздействии серии

Щ 2 Вё-ЯЬ к& " лазерных импульсов длительностью 20 пс до (а) и

последействия (б) К-голазерного импульса Светлые и темные ячейки имеют ортогональную ориентацию магнитногомомента Нижнийрисунок иллюстрирует расположение светлых и темных полос в интерференционной картине Эволюция степени дальних (следующие за следующими ближайшими

|1111111111111111111 соседями) корреляций в ориентации спинов С(3) от

ШШПНШНШ длительности лазерного воздействия Тр в методах

вчфс и бн (в)

В ходе происходящей трансформации стенки доменов постепенно сдвигаются в темные области интерференционной картины, преодолеть которые в процессе диффузии сравнительно «холодные» (в пределах этих областей Тс значительно меньше температуры Кюри Тц) свободные s-электроны не могут Период сформировавшейся за счет этого процесса доменной структуры оказывается кратен периоду интерференционной картины При пространственно однородном возбуждении (метод БН) указанный стабилизирующий фактор отсутствует, и доменная структура пленки разрушается очень быстро (см рис 4в)

Таким образом, приведенные в этой главе данные показывают, что кинетика процесса разрушения намагниченности тонкой ферромагнитной пленки в методе ВЧФС значительно более медленная, чем в методе БН, что и объясняет противоречия, полученные недавно в ходе интерпретации данных спектроскопических исследований сверхтонких пленок № Более того, из проведенного анализа следует, что пространственно неоднородное возбуждение ферромагнитных пленок цугом из 5-7 пикосекундных лазерных импульсов позволяет быстро «записывать» (формировать) в них регулярные (те заданные пространственным распределением интенсивности оптического возбуждения) доменные структуры, стенки которых локализованы в «темных» (неосвещенных) областях пленок

Третья глава диссертации посвящена описанию специфики проявлений индуцированных лазерным излучением фазовых переходов типа «беспорядок —» порядок» и «беспорядок —у частичный порядок» на примере анализа особенностей нелинейно-оптического отклика цепочек СП на непрерывное оптическое возбуждение в методе нерезонансной КР спектроскопии.

Проведенный в этой главе анализ основан на последовательном учете эффектов сильных корреляций, возникающих в цепи СП (транс-полиацетилен, ПА) благодаря нелинейному взаимодействию двойных (С=С) и одинарных (С-С) связей. В ходе решения этой задачи строится гамильтониан цепи вида

(2)

(3)

Здесь а, и Ь, (а* и Ь*)- операторы рождения (уничтожения) колебательного возбуждения в двойных и одинарных связях ¡-ой С=С-С группы; <0, ь - частоты колебаний С-С и С=С связей; йст - энергия взаимодействия соседних С-С и С=С связей; константы

нелинейного взаимодействия; Ц, ъ и ь - «химические потенциалы» и полное количество квазичастиц (колебательных возбуждений) в подсистемах а и Ь соответственно; й постоянная Планка. Бозонное поле подсистем а и Ь определяется в виде

(4)

где х,, и хЬ1 - положение центров С-С и С=С связей; у, ь - одноузельные волновые функции, описывающие колебания отдельных связей; ф1к(х) и <К,ь(х) - «положительная» и «отрицательная» компоненты бозонного поля в подсистемах соответственно. При этом считается, что полное число осцилляторов в обеих подсистемах одинаково и равно числу С=С-С групп в цепочке ПА. Путем перехода от дискретной проблемы к континуальной заменой ¡—»х/и (и- период цепи) с введением эффективной массы т

через соотношение o = (2mu') рассчитывается функционал действия Минимизация последнего проводится с использованием стандартного подхода Н.Н. Боголюбова, в рамках которого первый и последующие члены соответствующего разложения описывают «сконденсированные» и(х) (синхронные) и «несконденсированные» <p(x,t) (некогерентные) колебания в цепи

ф)(х,1) = и)(х) + ср)(х,1), ♦;(x,t) = UJ(x) + <p;(x.t) (5)

С помощью этого подхода показывается, что благодаря оптической накачке колебательные возбуждения в цепочке ПА способны коллективизироваться с формированием колебательного «конденсата» («порядок») и «квантового газа» («беспорядок»), которые из-за спонтанного нарушения симметрии локализуются на одном из типов чередующихся С-С и С=С связей (рис.5а). С ростом числа частиц N в конденсате возбуждение локализуется на все меньшем числе связей, а характер зависимости относительной доли конденсата п от температуры свидетельствует о фазовом переходе, критическая температура которого растет. Флуктуирующая компонента бозонного поля -«квантовый газ» описывается через разложение по собственным функциям уравнения Шредингера в самосогласованном потенциале, сформированном конденсатом, как суперпозиция непрерывной и дискретной составляющих. в». R

оно 10' ОМ'

" (а) " ~~ "" (б)

Рис.5. R°c N"J в зависимости от коэффициента асимметриираспределения возбуждения по С=С и С-С связям У = (и,Д>ь)г (а): h =ЗЙ2Д4ти2До); Дш = ць-ц,. Эволюцияформы антистоксовой компоненты спектра КР 1д ^(ш-ос,с)/Дй>] при снижении безразмерной температуры kBT'= 2kBT//Va (б): <лс.с=шь; Х = Х,=ХЬ; h = 0,5относительныйуровень колебательного возбуждения цепочки из N. = 100 С=С-С групп N„/Ne = 0,05; П = 8 m Ä.2Nj ДЗ й2Дсо) = 0,5; безразмерная константа демпфирования 0,2

Последующее описание спектров КР проводится с использованием стандартного редуцированного гамильтониана, описывающего дипольное взаимодействие света с описанными выше типами колебательных возбуждений. Показано, что при фиксированной температуре Т после превышения уровнем накачки «порогового» значения, начиная с которого относительная доля п конденсата становится велика, спектр КР качественно трансформируется (рис.5б). В нем формируются две отщепленные от «основной линии» (рассеяние с участием нелокализованной составляющей квантового газа) спектральные компоненты. С ростом относительный вклад одной из них (рассеяние на конденсате) быстро растет, а вторая (рассеяние с участием локализованной составляющей квантового газа) - постепенно отодвигается от основной линии.

Таким образом, в этой главе показано, что рассеяние на колебательном конденсате и «захваченной» • им части квантового газа («частичный порядок») и может объяснить появление низкочастотного крыла у антистоксовой линии, а также «аномальное» соотношение интенсивностей стоксовой и антистоксовой компонент спектра КР в СП при температурах вплоть до комнатных.

В четвертой главе работы рассмотрена специфика индуцированных лазерным излучением фазовых переходов типа «беспорядок порядок» и «беспорядок

динамический порядок», обусловленный конкуренцией нескольких упорядоченных фаз, на примере численного расчета динамики процессов самоорганизации в т.н. однокристальных самонакачивающихся двойных ОВФ зеркалах, реализованных на базе фоторефрактивной нелинейности. Анализ проведен в рамках классической системы микроскопических уравнений Н.В. Кухтарева, записанной для одномерного случая без учета фотовольтаического эффекта, и стандартных укороченных волновых уравнений для комплексных амплитуд световых волн. Считается, что оптическое излучение распространяется в направлении оси z (рис.6а). Используются укороченные волновые уравнения для комплексных амплитуд световых волн распространяющихся в

прямом и обратном направлении оси z соответственно. Поскольку численное описание эволюции формирующихся в ФРК динамических голограмм является адекватным лишь при условии использования чрезвычайно мелких сеток по пространству (размер ячеек должен быть менее длины световой волны) и времени (шаг по времени используется оригинальный прием. За счет его использования в предположении мгновенности распространения света («адиабатическое» приближение) в условиях, типичных для большинства экспериментальных реализаций, исходная система уравнений редуцируется, что и позволяет провести необходимые расчеты.

Рис. 6. Геометрия взаимодействия световых волн Afb(x,z,t) в однокристальном двойном ОВФЗ: DH1 - DH3 - формирующиеся в ФРК динамические голограммы для первого (DH1, область самопересечения входных пучков) и второго (DH2-DH3, геометрия решеток, типичная для двухкристальных ОВФЗ) «каналов» генерации (а). Карта распределения интенсивности Ib(x,z) в ФРК через 100 с после начала возбуждения (б); 1^"' = 10~2

Вт/см2; (5=25°; Е0 =0 кВ/см

В проведенном- численном моделировании большая часть параметров задачи считается однозначно определенной выбором ФРК (титанат бария) и не варьируется. Распределения . интенсивности |а|°' (x,z = 0,t)| и |а'ь0'(x,z = L,t)| входного излучения с длиной волны X =0,514 мкм на гранях ФРК полагаются гауссовскими (ширины пучков 2р0 = 200 мкм) с максимальной интенсивностью l',™' = 10"4 + 10"2 Вт/смг. Период записываемой в ФРК с входной апертурой Н = 0,75 мм и длиной L = 0,75 мм динамической голограммы меняется в диапазоне Л = 1 + 10 мкм (угол схождения пучков 2р = 5+30°). Внешнее электростатическое поле варьируется в пределах Е0 = 0 + 5 кВ/см. Одновременно с проявлениями двух типичных для ФРК эффектов самовоздействия: fanning и self-bending расчет обнаружил генерацию полей A(b(x,z,t) со структурой Af(x,z = L,t) и Ab(x,Z = 0,t), близкой к структуре обращенных входных полезных сигналов Ab°'(x,z = L) и A[0)(x,z = 0) . Хотя ОВФ никогда не было «идеальным», значение интеграла перекрытия

на входных гранях ФРК (плоскости 2 = 0 и z = L) достигало максимальных значений R„„=0,7+0,8. При малых Р (рис.66) стабильно генерировались две обращенные волны. При этом в ФРК формировались три динамических голограммы, две из которых (правая часть рис.66) возникали еще до области самопересечения пучков и были аналогичны решеткам показателя преломления в схеме двухкристального двойного ОВФЗ. Третья слабовыраженная голограмма формировалась в области самопересечения и соответствовала решетке показателя преломления в «стандартной» схеме двойного ОВФЗ. С увеличением угла схождения пучков и напряженности внешнего электростатического поля эффективность ОВФ существенно падала. За счет самовоздействия (fanning и self-bending) все три динамические голограммы постепенно смещались в область самопересечения и пространственно «перекрывались». При этом эффективность и стабильность процессов ОВФ «вперед» и «назад» резко снижалась.

Основным результатом главы является вывод о том, что в однокристальном двойном ОВФЗ помимо динамической голограммы («порядок»), формирующейся в области самопересечения входных пучков (первый «канал» ОВФ), спонтанно возникает и другой тип решеток показателя преломления (другой «порядок»), формирующих второй «канал» ОВФ с другой геометрией взаимодействия. Конкуренция этих двух каналов («порядков») и приводит к сложной пространственно-временной динамике генерируемых нелинейных волн. В зависимости от условий эксперимента возможно как ОВФ с эффективностью до 70 + 80% («порядок), так и формирование динамических структур из солитоноподобных «нитей» («динамический порядок»).

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в ходе выполнения настоящей диссертационной работы:

1. Для интерпретации данных экспериментов по нестационарной нелинейной спектроскопии медно-оксидных ВТСП построена феноменологическая модель, описывающая «магнито-дипольную» самоорганизацию носителей заряда в купратных

плоскостях и кинетику соответствующего фазового перехода.

2. В рамках построенной модели показано, что:

а) при энергии связи ~ 100 мэВ и средней концентрации дырок (уровне легирования) 0,1 дырки на ячейку снижение температуры Т образца ниже критического значения Т* ~ 150 К приводит к формированию одномерных пространственно-неоднородных распределений дырок («страйп» структур») и к появлению соответствующей энергетической щели («псевдощели») в спектре состояний;

б) с ростом происходит линейное уменьшение и ширины псевдощели, что, как и температурная зависимость последней, согласуется с данными известных экспериментов;

в) кинетика фазового перехода после быстрого разогрева образца зависит от начальной температуры. При Т* <Т<Тт «(1,4 +1,5)Т* страйп-структуры разрушаются в два этапа и достаточно медленно с и более). На первом этапе формируется сравнительно крупномасштабная (размер ячеек) флуктуация ориентации дипольных моментов, а на втором - область, захваченная этой флуктуацией, расширяется как волна «переключения фаз».

3. Для интерпретации данных экспериментов по пикосекундной нелинейной спектроскопии (методы БН и ВЧФС) тонких ферромагнитных (№) пленок построена модель пространственной миграции «разогретых» коротким импульсом накачки носителей заряда с учетом взаимодействия спинов.

4. В рамках построенной модели показано, что:

а) кинетика разрушения намагниченности тонкой ферромагнитной пленки в методе БН (режим пространственно однородного возбуждения) оказывается существенно более быстрой, чем в методе ВЧФС (режим пространственно неоднородного возбуждения);

б) в методе ВЧФС в ферромагнитной пленке быстро (5-7 импульсов накачки) формируется регулярная структура доменов, положение стенок которых жестко связано с локализацией темных полос интерференционной картины светового поля, что «блокирует» процесс дальнейшей пространственной миграции возбужденных носителей.

5. Для интерпретации данных по КР спектроскопии СП построена кинематическая модель, описывающая их взаимодействие с оптическим излучением при четырехфотонном смешении с учетом нелинейной связи колебательных возбуждений.

6. В рамках построенной модели показано, что:

а) благодаря оптической накачке колебательные возбуждения в цепочке чередующихся С-С и С=С связей коллективизируется с формированием колебательного «конденсата» и «квантового газа», которые из-за спонтанного нарушения симметрии локализуются на одном из типов связей;

б) рассеяние на конденсате и «захваченной» им части квантового газа объясняет появление низкочастотного крыла антистоксовой линии в спектре КР и «аномальное» соотношение интенсивностей стоксовой и антистоксовой компонент при температурах вплоть до комнатных.

7. Для изучения динамики самоорганизации, протекающих при развитии процесса ОВФ в однокристальном самонакачивающемся двойном • ОВФ зеркале на ФРК проведено численное моделирование, позволившее установить, что:

а) в двойном ОВФ зеркале помимо динамической голограммы, формирующейся в области самопересечения входных пучков (первый «канал» ОВФ), спонтанно возникают дополнительные решетки показателя преломления, формирующие второй «канал» ОВФ с геометрией взаимодействия, характерной для схем двухкристальных ОВФ зеркал;

б) конкуренция двух этих «каналов» ОВФ приводит к сложной пространственно-временной динамике генерируемых в ФРК нелинейных волн. В зависимости от условий эксперимента возможно как ОВФ с энергетической эффективностью вплоть до 50+60% при интеграле перекрытия до 70-5-80%, так и режим формирования динамических структур из тонких солитоноподобных «нитей».

Публикации по теме диссертации:

1. А.В. Воронов, В.М. Петникова, В.В. Шувалов. Магнито - дипольная самоорганизация носителей заряда в высокотемпературных сверхпроводниках и кинетика фазового перехода. ЖЭТФ 120, №5,1256,2001.

2. V.M. Petnikova, V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. Kinetics of stripes and energy pseudogap in high-temperature superconductors: coherent nonlinear spectroscopy of phase transition in Y-Ba-Cu-O. Laser Physics 12, №2,278,2002.

3. V.M. Petnikova, V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. Kinetics of stripes and pseudogap in high temperature superconductors. Proceedings SPIE, 4752,113,2002.

4. V.M. Petnikova, V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. "Stipes" and "pseudogap": what we see in > nonstationary four-photon spectroscopy of HTSC materials. ITARUS' 2000, Palermo, Italy, September 16-20,2000. Book ofAbstracts, p.34.

5. V.M. Petnikova, V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. Kinetics of stripes and pseudogap in high temperature superconductors. ICONO 2001, Minsk, Belarus, June 26- July 01, 2001. Tech. Digest, p.FH3.

6. V.M. Petnikova, V.V. Shuvalov, A.V.Voronov. Kinetics of stripes and energy pseudogap in high-temperature superconductors: coherent nonlinear spectroscopy ofphase transition in Y-Ba-Cu-O. LPHYS'01, Moscow, Russia, July 3-7,2001. Book ofAbstracts, p.54.

7. V.M. Petnikova, V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. Kinetics of "stripes" and energy "pseudogap" in transient four-photon spectroscopy of HTSC materials. IQEC2002, Moscow, Russia, June 22 - 27,2002. Tech. Digest, p.390.

8. Yu.V. Bobyrev, V.M. Petnikova, K.V. Rudenko, V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. Picosecond degenerate four-photon spectroscopy as an energy gap diagnostic tool for HTSC compounds. LO'2001, St. Petersburg, Russia, June 30 - July 4,2003. Tech. Program, p.73.

9. Ю.В. Бобырев, А.В. Воронов, В.М. Петникова, К.В. Руденко, В.В. Шувалов. Спектроскопия сверхтонких металлических пленок: метод вырожденной четырехфотоннойспектроскопии. Ломоносовские чтения 2003. Секция физики. Москва, Физический факультет МГУ, 18-25 апреля 2003 г. Сборник расширенных тезисов докладов, с. 83.

10. А.В. Воронов, В.М. Петникова, К.В. Руденко, В.В. Шувалов. «Оптическое перемешивание спинов» и кинетика нелинейного отклика в четырехфотонной спектроскопии тонких ферромагнитных пленок. Квантовая электроника, 31, №12, 1058, 2001.

11. V.M. Petnikova, K.V. Rudenko, V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. Spin mixing in ultra-thin ferromagnetic Ni films under picosecond excitation. RGLS'2000, Vladimir/Suzdal, Russia,

September 21-26,2000. Tech. Digest, p.40.

12. V.M. Petnikova, K.V. Rudenko, V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. Laser-induced "frozen spin waves" in ultra-thin ferromagnetic films revealed by picosecond degenerate four-photon spectroscopy. IQEC2002, Moscow, Russia, June 22 - 27,2002. Tech. Digest, p.433.

13. A.B. Воронов, В.М. Петникова, В.В. Шувалов. Конденсация колебательного возбуждения и специфика комбинационного рассеяния цепочками сопряженных полимеров. Квантовая электроника 33, №3,219,2003.

14. V.M. Petnikova, V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. Room-temperature vibration condensate and Raman spectroscopy of conjugated polymers. Physics Letters A 315, №3-4,262,2003.

15. V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. The role of coherent collective states in Raman spectroscopy of one-dimensional molecular chains. LPHYS'02, July 1-5, 2002. Bratislava, Slovakia. Book of Abstracts, p. 190.

16. A.B. Воронов, В.В. Шувалов. Динамика самонакачивающихся двойных ОВФ зеркал на фоторефрактивнойнелинейности. Квантовая электроника, 34, №5,467,2004.

17. V.V. Shuvalov, A.V. Voronov. Kinetics of self-organization in self-pumped double phase-conjugate mirrors. Laser 0ptics'2003, St. Petersburg, Russia, June 30-July 4, 2003. Tech. Program, p.28.

18. V.V. Shuvalov, A.A. Voronov. Dynamic self-organization in double phase-conjugate mirrors. LPHYS'03, Hamburg, Germany, August 25-29,2003. Book ofAbstracts, p.269.

04-1 61 75

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. «МАГНИТО-ДИПОЛЬНАЯ» САМООРГАНИЗАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКАХ И КИНЕТИКА ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА

1.1. Введение.

1.2. Модель и основные уравнения.

1.3. Стационарные страйп-структуры.

1.4. Сосуществование фаз.

1.5. Метастабильные состояния и кинетика фазового перехода.

1.6. Обсуждение результатов.

1.7. Выводы.

Глава 2. «ОПТИЧЕСКОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ СПИНОВ» И КИНЕТИКА

НЕЛИНЕЙНОГО ОТКЛИКА ТОНКИХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЕНОК В ЧЕТЫРЕХФОТОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

2.1. Введение.

2.2. Модель «оптического перемешивания спинов».

2.3. Численный расчет.

2.4. Обсуждение результатов.

2.5. Выводы.

Глава 3. КОНДЕНСАЦИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ И

СПЕЦИФИКА КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ ЦЕПОЧКАМИ СОПРЯЖЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ

3.1. Введение.

3.2. Общий подход и кинематическая модель.

3.3. Вторичное квантование.

3.4. Колебательный «конденсат» и квантовый «газ».

3.5. Характеристики «конденсата».

3.6. Характеристики квантового «газа».

3.7. Спектр комбинационного рассеяния.

3.8. Обсуждение результатов.

3.9. Выводы.

Глава 4. ДИНАМИКА САМОНАКАЧИВАЮЩИХСЯ ДВОЙНЫХ ОВФ ЗЕРКАЛ

НА ФОТОРЕФРАКТИВНОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ

4.1. Введение.

4.2. Модель двойного ОВФ зеркала.

4.3. Схема численного расчета.

4.4. Численный расчет.

4.5. Обсуждение результатов.

4.6. Выводы.

Актуальность

Развитие методов нелинейной спектроскопии начиналось с исследования атомов и молекул [1-5]. При рассмотрении подобных систем принято выделять несколько «активных» уровней, преимущественно и обуславливающих их взаимодействие с электромагнитным излучением. Возможность перехода к описанию нелинейного отклика одиночных атомов и молекул позволила достаточно быстро разобраться со спецификой этой задачи, выявив роль процессов «движения» населенности уровней и поляризации [6-9]. Перенос разработанных при этом методов спектроскопии на случай конденсированных сред оказался совсем не столь тривиальным. В отличие от газов, протекающие здесь процессы имеют намного более сложный характер. Возникающие возбуждения затрагивают огромное число сильно взаимодействующих атомов и ионов, а процессы обмена энергией и релаксации идут существенно быстрее [10,11]. Почти сразу же были обнаружены здесь и возбуждения принципиально нового типа: экситоны [12,13], биэкситоны [14-18], поляритоны [19-21], плазмоны [22] и т.п. Все это приводит к принципиально иному характеру нелинейного отклика таких систем на лазерное воздействие и проявлению целого ряда качественно новых эффектов, необъяснимых в рамках простейших теоретических моделей.

Во многом сложности интерпретации экспериментальных данных связаны с тем, что практически все теоретические модели основаны на предположении, что фазовое состояние изучаемого объекта остается тем же, которым оно было перед началом измерений, а возможность быстрых качественных изменений не рассматривается. Одним из типичных примеров ограниченности такого подхода являются противоречия, полученные при интерпретации результатов экспериментов по определению времени разрушения намагниченности сверхтонких ферромагнитных пленок под действием разогревающих» лазерных импульсов [23-29]. Авторами [23-26] было показано, что при медленном (тр >10 не) относительно небольшом (электронная температура Те меньше температуры Кюри Тк ) разогреве таких пленок их намагниченность полностью разрушается. Однако при длительности импульса накачки тр = 20 пс намагниченность сохраняется, хотя Те » Тк. Сходный результат дали и эксперименты по пикосекундной (тр=20 пс) нелинейной спектроскопии сверхтонких (толщина ~17 нм) пленок № методами бигармонической накачки (БН) [27] и вырожденной четырехфотонной спектроскопии (ВЧФС) [28]. Практически в одних и тех же условиях, данные метода ВЧФС свидетельствовали о том, время разрушения намагниченности в пленках больше 20 пс, а результаты, полученные методом БН, можно было интерпретированы лишь в рамках альтернативного предположения [29]. На самом деле, все это свидетельствует лишь о некорректности использованных авторами [23-29] моделей. Действительно, расщепление электронных уровней металла под действием внутрикристаллического магнитного поля, которое собственно и измеряется всеми этими методиками, может являться следствием достаточно большого числа разных физических факторов. Помимо рассмотренного авторами [23-29] фазового перехода типа «порядок — беспорядок», отвечающего случаю быстрого разрушения намагниченности пленки, существует и совсем другая, неучтенная ими возможность. В неравновесном (за счет оптического возбуждения) коллективе сильно взаимодействующих частиц могут протекать и весьма быстрые процессы самоорганизации, т.е. может происходить быстрый фазовый переход «порядок - модифицированный порядок». Ниже мы покажем, что при пространственно неоднородном возбуждении пленки цугом коротких лазерных импульсов ее доменная структура может быстро трансформироваться. В результате этого в пленке может быть быстро сформирована («записана») совершенно новая структура доменов, стенки которой локализованы в «темных» (неосвещенных) областях.

Появление коммерческих лазерных систем с длительностью импульсов ~10"14 с привело к существенному расширению области применения методов нелинейной спектроскопии. Фулерены [30,31], высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) [3136], биологические ферменты [37] и полимеры [38,39] - вот далеко не полный перечень «новых» материалов, которые активно исследуются ее методами. При этом, несмотря на огромное число экспериментальных работ в этой области, физика процессов, протекающих в таких материалах, до конца не ясна. Дело в том, что рассматриваемые системы настолько сложны, что даже на современном этапе развития компьютерной техники их практически невозможно смоделировать исходя из «первых принципов». Силы взаимодействия между частицами в таких материалах настолько велики, что нелинейный характер системы доминирует и последовательный расчет в рамках теории возмущений невозможен [40,41]. Корреляция каждой частицы со всем коллективом приводит к тому, что даже при плавном изменении параметров (сил взаимодействия) происходит скачкообразное изменение свойств системы, т.е. фазовый переход [42-44]. В ансамбле сильно взаимодействующих квантовых частиц (квазичастиц) такой переход может происходить и за счет флуктуаций, следующих из принципа неопределенности Гейзенберга, и называется квантовым фазовым переходом (КФП) [45-47]. Поскольку в «нормальных» условиях температурные флуктуации превалируют, о КФП в «чистом» виде обычно говорят лишь в случае вариаций внешних параметров при абсолютном нуле температуры. Однако, в принципе, это может быть и не так, и понятие КФП может оказаться весьма полезным при температурах вплоть до комнатных [48].

Согласно представлениям синергетики самоорганизация в нелинейной системе обязательно требует наличия внешнего источника энергии [49,50], роль которого может выполнять лазер, неизбежно задействованный в любом эксперименте по нелинейной спектроскопии. Лазерное излучение способно перевести систему в квазиравновесное состояние, которое с помощью традиционных термодинамических параметров можно описать лишь «разорвав» стандартные связи между ними [51-58]. Например, можно сильно изменить заселенность определенного энергетического уровня (энергетической зоны), сохранив температуру системы на уровне, вполне достаточном для начала самоорганизации. Именно эта ситуация реализуется в широкозонных полупроводниках, где в условиях медленной рекомбинации и быстрого энергообмена за счет оптической накачки электронная подсистема оказывается в квазиравновесном термализованном состоянии, температура которого задана термостатом (окружением), а полное число свободных носителей заряда (электронов и дырок) весьма велико. Поэтому при низких температурах сначала наблюдается образование экситонов (связанных электронно-дырочных пар), которые при увеличении плотности способны конденсироваться в «жидкую» (хотя и метастабильную) фазу [16]. Более того, авторы [59-61], например, считают, что и в возбужденных газах могут наблюдаться весьма сходные по характеру процессы.

Подытоживая, можно утверждать, что лазерное излучение способно не только приводить к хорошо известным фазовым переходам типа «порядок - беспорядок» (лазерная абляция, испарение, плавление и т.п.), что чаще всего и описывается в рамках традиционных моделей [62-65]. За счет него возможно возникновение и нового порядка (фазовые переходы типа «порядок — модифицированный порядок», «беспорядок — порядок»), несуществующего в обычных (равновесных) условиях. Именно поэтому изучение кинетики подобных фазовых переходов, которые в системах сильно взаимодействующих частиц могут наблюдаться даже при сравнительно низком уровне возбуждения, а также их проявлений в нелинейной спектроскопии, по нашему мнению, представляет большой интерес и является предметом описанных в диссертационной работе исследований.

Цель работы

Основной целью настоящей диссертационной работы являлось исследование специфики индуцированных лазерным излучением фазовых переходов (и состояний) в сильно коррелированных системах, а также изучению возможных проявлений таких переходов в нелинейной спектроскопии. Для описания протекающих процессов должен был быть разработан и апробирован ряд оригинальных методик и приемов совместного решения задач статистической физики, теории фазовых переходов и взаимодействия света с веществом. Эффективность разработанного подхода должна была быть продемонстрирована на нескольких конкретных физических примерах, отвечающих фазовым переходам типа:

- «порядок - метастабильный порядок» и «порядок - беспорядок» (эволюция т.н. страйп-структур и энергетической псевдощели в купратных высокотемпературных сверхпроводниках, глава 1); порядок - модифицированный порядок» и «порядок - беспорядок» (эволюция доменной структуры в тонких ферромагнитных пленках, глава 2);

- «беспорядок - порядок» и «беспорядок - частичный порядок» (полная либо частичная конденсация колебательного возбуждения в цепочках сопряженных полимеров, глава 3);

- «беспорядок - порядок» и «беспорядок - динамический порядок», обусловленный конкуренцией нескольких упорядоченных фаз (спонтанное формирование и временная эволюция динамических голограмм в т.н. самонакачивающихся двойных ОВФ зеркалах на базе фоторефрактивных кристаллов, глава 4).

Предполагалось, что проведенные в ходе работы над диссертацией теоретические исследования обеспечат возможность последовательной интерпретации целого ряда «аномальных» результатов, полученных в последнее время в экспериментах по стационарной и нестационарной нелинейной спектроскопии купратных высокотемпературных сверхпроводников, тонких ферромагнитных пленок и сопряженных полимеров, а также по обращению волнового фронта лазерного излучения в фоторефрактивных кристаллах. Все это должно было позволить:

- выявить существенную роль процессов сильного нелинейного взаимодействия в системе при спонтанном формировании в ней под действием лазерного излучения нового топологического порядка (новых фазовых состояний), включая возможное спонтанное нарушение симметрии, возбуждение динамических режимов и т.д.;

- описать кинетику ряда подобных фазовых переходов, которые могут наблюдаться в сильно коррелированных системах при их импульсом возбуждении (например, в нестационарной лазерной спектроскопии);

- выявить значение таких необычных фазовых состояний, возникающих в системе под действием лазерного излучения, на процессы ее взаимодействия со светом, определив тем самым специфику проявлений нового топологического порядка в методах нелинейной спектроскопии.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Показана принципиальная возможность частичной конденсации избыточного (индуцированного лазерным излучением) колебательного возбуждения в цепях сопряженных полимеров, с локализацией (вследствие спонтанного нарушения симметрии) колебательного конденсата на одном (С-С либо С=С) из типов связей;

2. Предложена новая теоретическая модель, в рамках которой показано, что под действием короткого лазерного импульса энергетическая щель («псевдощель») в спектре состояний купратных ВТСП разрушается через долгоживущие (время жизни вплоть до 1-3 не) метастабильные упорядоченные фазы. Построенная модель объясняет противоречия, возникавшие при интерпретации данных целого ряда экспериментов по нестационарной нелинейной спектроскопии ВТСП;

3. Обнаружена возможность «записи» регулярных доменных структур в тонких (толщина сравнима с толщиной скин-слоя) ферромагнитных пленках регулярным пространственно неоднородным распределением интенсивности излучения в цугах коротких (пикосекундных) лазерных импульсов. Объяснено различие кинетики фазового перехода (размагничивания) таких пленок в методах бигармонической накачки (БЫ) и вырожденной четырехфотонной спектроскопии (ВЧФС);

4. Показано, что в однокристальных самонакачивающихся двойных ОВФ зеркалах, реализованных на фоторефрактивных кристаллов (ФРК), помимо динамической голограммы, формирующейся в области самопересечения входных пучков (первый «канал» ОВФ), спонтанно рождаются дополнительные решетки показателя преломления с геометрией взаимодействия, типичной для схем двухкристальных ОВФ зеркал (второй «канал» ОВФ). Конкуренция этих каналов приводит к сложной пространственно-временной динамике генерируемых в ФРК нелинейных волн.

Практическая значимость работы определяется возможностью:

1. Применения разработанных оригинальных методик решения самосогласованных задач, а также общего подхода к проблеме интерпретации спектроскопических данных в нелинейной спектроскопии сильно коррелированных систем, к задачам, отличных от рассмотренных в диссертации типов;

2. Использования нового метода быстрого (серия из 5-10 последовательных лазерных импульсов длительностью ~10 пс) формирования регулярных доменных структур в тонких ферромагнитных пленках для оптической записи информации;

3. Оптимизации геометрии взаимодействия и других параметров однокристальных самонакачивающихся двойных ОВФ зеркал, реализованных на фоторефрактивных кристаллах, с целью получения максимальной энергетической эффективности, стабильности и качества выходного излучения.

Защищаемые положения:

1. Пространственно неоднородное оптическое возбуждение тонких ферромагнитных пленок цугом сверхкоротких лазерных импульсов позволяет «записывать» (формировать) в них регулярные (заданные пространственным распределением интенсивности излучения) доменные структуры, стенки которых локализованы в «темных» (неосвещаемых) областях пленок;

2. Аномальные результаты, полученные методами нестационарной нелинейной спектроскопии в высокотемпературных сверхпроводниках У-Ва-Си-0 (температура сверхпроводящего перехода Тс -92К) в условиях сравнительно небольшого (до

0,4-ь0,5 Тс) «перегрева» электронной подсистемы, могут быть интерпретированы в рамках модели «магнито-дипольного» (спин-волновой обмен) взаимодействия носителей заряда формированием долгоживущих (время жизни до 1-3 не) несверхпроводящих метастабильных упорядоченных фаз;

3. Аномальное соотношение амплитуд стоксовой и антистоксовой компонент в спектре КР сопряженных полимеров, а также появление низкочастотного крыла у антистоксовой компоненты спектра КР при температурах вплоть до комнатных могут быть объяснены фазовым переходом, связанным с конденсацией (коллективизацией) колебательных возбуждений, созданных птической накачкой, в рамках модели сильного нелинейного взаимодействия колебаний в цепочке чередующихся связей;

4. В однокристальном самонакачивающемся двойном ОВФ зеркале на ФРК помимо динамической голограммы, формирующейся в области самопересечения взаимно некогерентных входных пучков, спонтанно развиваются дополнительные решетки показателя преломления, образующие дополнительный «канал» ОВФ с геометрией взаимодействия, типичной для схем двухкристальных самонакачивающихся ОВФ зеркал. Конкуренция этих двух «каналов» приводит к сложной пространственно-временной динамике генерируемых нелинейных волн.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы доложены на 8 Международных конференциях: 3rd Italian-Russian Symposium on Problems of Laser Physics and Technology (ITARUS'2000, Palermo, Italy, September 16-20, 2000); Russian-German Laser Symposium (RGLS'2000, Vladimir/Suzdal, Russia, September 21-26, 2000); VII International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO'2001, Minsk, Belarus, June 26 - July 01, 2001); 10th - 12th Annual International Laser Physics Workshops (LPHYS'2001, Moscow, Russia, July 3-7,2001; LPHYS'2002, Bratislava, Slovakia, July 1-5, 2002; LPHYS'2003, Hamburg, Germany, August 25-29, 2003); International Quantum Electronics Conference (IQEC'2002, Moscow, Russia, June 22 - 27, 2002); XI Conference on Laser Optics (L0'2003, St. Petersburg, Russia, June 30 - July 4, 2003); а также на Секции физики Ломоносовских чтений 2003 (Москва, физический факультет МГУ, 1825 апреля 2003 г.). Опубликовано 6 статей в отечественных и зарубежных журналах («Журнал экспериментальной и теоретической физики», «Квантовая электроника», «Laser Physics», «Physics Letters A»).

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Полный объем диссертационной работы 130 страниц, включая 23 рисунков. Библиография содержит 162 наименований, включая 18 публикаций автора.

Выводы

1. Для изучения динамики самоорганизации, протекающих при развитии процесса обращения волнового фронта (ОВФ) в однокристальном самонакачивающемся двойном ОВФ зеркале на фоторефрактивном кристалле (ФРК) проведено численное моделирование, позволившее установить, что: а) в двойном ОВФ зеркале помимо динамической голограммы, формирующейся в области самопересечения входных пучков (первый «канал» ОВФ), спонтанно возникают дополнительные решетки показателя преломления, формирующие второй «канал» ОВФ с геометрией взаимодействия, характерной для схем двухкристальных ОВФ зеркал; б) конкуренция двух этих «каналов» ОВФ приводит к сложной пространственно-временной динамике генерируемых в ФРК нелинейных волн. В зависимости от условий эксперимента возможно как ОВФ с энергетической эффективностью вплоть до 504-60% при интеграле перекрытия до 70 4-80%, так и режим формирования динамических структур из тонких солитоноподобных «нитей».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, в настоящей диссертационной работе описана специфика индуцированных лазерным излучением фазовых переходов, протекающих по схемам: «порядок - метастабильный порядок» и «порядок - беспорядок»; «порядок - модифицированный порядок» и «порядок - беспорядок»; «беспорядок - порядок» и «беспорядок - частичный порядок»; «беспорядок - порядок» и «беспорядок - динамический порядок», в сильно коррелированных системах, а также изучены возможные проявления таких фазовых переходов (и состояний) в нелинейной спектроскопии. Разработан и апробирован ряд оригинальных методик и приемов совместного решения задач статистической физики, теории фазовых переходов и взаимодействия света с веществом. Эффективность развитого подхода продемонстрирована на нескольких конкретных физических примерах. Основные результаты работы:

1. Для интерпретации данных экспериментов по нестационарной нелинейной спектроскопии медно-оксидных высокотемпературных сверхпроводников построена феноменологическая модель, описывающая «магнито-дипольную» самоорганизацию носителей заряда в купратных (Си02) плоскостях и кинетику соответствующего фазового перехода.

2. В рамках построенной модели показано, что: а) при энергии связи ~100 мэВ и средней концентрации дырок (уровне легирования) (n) ~ ОД дырки на ячейку снижение температуры Т образца ниже критического значения Т* -150 К приводит к формированию одномерных пространственно-неоднородных распределений дырок («страйп» структур») и к появлению соответствующей энергетической щели («псевдощели») в спектре состояний; б) с ростом (п) происходит линейное уменьшение Т* и ширины псевдощели, что, как и температурная зависимость последней, согласуется с данными известных экспериментов; в) кинетика фазового перехода после быстрого разогрева образца зависит от начальной температуры. При Т* < Т < Тт « (1,4 -ь 1,5) Т* страйп-структуры разрушаются в два этапа и достаточно медленно (10~9 с и более). На первом этапе формируется сравнительно крупномасштабная (размер ~ 4 6 ячеек) флуктуация ориентации дипольных моментов, а на втором - область, захваченная этой флуктуацией, расширяется как волна «переключения фаз».

3. Для интерпретации данных экспериментов по пикосекундной нелинейной спектроскопии (методы бигармонической накачки, БН и вырожденной четырехфотонной спектроскопии, ВЧФС) тонких ферромагнитных (№) пленок построена модель пространственной миграции «разогретых» коротким импульсом накачки носителей заряда с учетом взаимодействия спинов.

4. В рамках построенной модели показано, что: а) кинетика разрушения намагниченности тонкой ферромагнитной пленки в методе БН (режим пространственно однородного возбуждения) оказывается существенно более быстрой, чем в методе ВЧФС (режим пространственно неоднородного возбуждения); б) в методе ВЧФС в ферромагнитной пленке быстро (5-7 импульсов накачки) формируется регулярная структура доменов, положение стенок которых жестко связано с локализацией темных полос интерференционной картины светового поля, что «блокирует» процесс дальнейшей пространственной миграции возбужденных носителей.

5. Для интерпретации данных по КР спектроскопии сопряженных полимеров (СП) построена кинематическая модель, описывающая их взаимодействие с оптическим излучением при четырехфотонном смешении с учетом нелинейной связи колебательных возбуждений.

6. В рамках построенной модели показано, что: а) благодаря оптической накачке колебательные возбуждения в цепочке чередующихся С-С и С=С связей коллективизируется с формированием колебательного «конденсата» и «квантового газа», которые из-за спонтанного нарушения симметрии локализуются на одном из типов связей; б) рассеяние на конденсате и «захваченной» им части квантового газа объясняет появление низкочастотного крыла антистоксовой линии в спектре КР и «аномальное» соотношение интенсивностей стоксовой и антистоксовой компонент при температурах вплоть до комнатных.

7. Для изучения динамики самоорганизации, протекающих при развитии процесса обращения волнового фронта (ОВФ) в однокристальном самонакачивающемся двойном ОВФ зеркале на фоторефрактивном кристалле (ФРК) проведено численное моделирование, позволившее установить, что: а) в двойном ОВФ зеркале помимо динамической голограммы, формирующейся в области самопересечения входных пучков (первый «канал» ОВФ), спонтанно возникают дополнительные решетки показателя преломления, формирующие второй «канал» ОВФ с геометрией взаимодействия, характерной для схем двухкристальных ОВФ зеркал; б) конкуренция двух этих «каналов» ОВФ приводит к сложной пространственно-временной динамике генерируемых в ФРК нелинейных волн. В зависимости от условий эксперимента возможно как ОВФ с энергетической эффективностью вплоть до 50-н60% при интеграле перекрытия до 70-5-80%, так и режим формирования динамических структур из тонких солитоноподобных «нитей».

1. С. А. Ахманов, Р. В. Хохлов, Проблемы нелинейной оптики. - М.: Издательство АН СССР, 1965.

2. Н. Бломберген, Нелинейная оптика. — М.: Мир, 1966.

3. Нелинейная спектроскопия / Под.ред. Н. Бломбергена. — М.: Мир, 1976.

4. Н. Б. Делоне, В. П. Крайнов, Основы нелинейной оптики атомных газов. — М.: Наука, 1986.

5. С. А. Ахманов, Н. И. Коротеев, Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света. М.: Наука, 1981.

6. JI. Аллен, Дж. Эберли, Оптический резонанс и двухуровневые атомы. М.: Мир, 1978.

7. И. Р. Шен, Принципы нелинейной оптики. — М.: Наука, 1989.

8. Д. Н. Кльппко, Физические основы квантовой электроники. — М.: Наука, 1986.

9. В. С. Летохов, В. П. Чеботаев, Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. -М.: Наука, 1990.

10. Ph. В. Allen, Theory of thermal relaxation of electrons in metal // Phys. Rev. Lett., 1987, v.59, №13, p.1460-1463.

11. Yu. E. Lozovik, S. A. Kovalenko, A. L. Dobryakov, et. al. Fermi liquid study on femtosecond scale //Laser Physics, 1999, v.9, №2, p. 557-563.

12. J. C. Slater, Electrons in Perturbed Periodic Lattices //Phys. Rev., 1949, v.76, p. 15921601.

13. D. Fox and O. Schnepp, Exciton Bands in Crystalline Benzene //Phys. Rev., 1954, v.96, p. 1196.

14. S. A. Moskalenko and D.W. Snoke, Bose-Einstein condensation of excitons and biexcitons and coherent nonlinear optics with excitons. New York: Cambridge University Press, 2000.

15. S. A. Moskalenko and V. G. Pavlov, Excitonic light absorption and amplification bands in the presence of laser radiation //Zh. Eksp.Teor. Fiz., 1997, v.85, p. 89-96.

16. С. А. Москаленко, Ведение в теорию экситонов высокой плотности. Кишинев: Штиинца, 1983.

17. С. А. Москаленко, П. И. Хаджи, А. Н. Ротару, Солитоны и нутации в экситонной области спектра. Кишинев: Штиинца, 1980.

18. V. Klimov, S. Hunsche, and Н. Kurz, Biexciton effects in femtosecond nonlinear transmission of semiconductor quantum dots // Phys. Rev. В, 1994, v.50, p. 8110-8113.

19. R. Loudon, Light Scattering Spectra of Solids. New York, 1969.

20. O. A. Aktsipetrov, G. Kh. Kitaeva, and A. N. Penin, Light scattering by polaritons in Lithium Formate crystals // Fiz. Tver. Tela, 1977, v.19, p. 127.

21. O. A. Aktsipetrov, V. M. Ivanov, A. N. Penin, Frequency-angular spectrum of polariton scattering and interference of higher-order susceptibilities //7h. Exsp. Teor. Fiz., 1980, v.78, p. 2309.

22. O. A. Aktsipetrov, E. M. Dubinina, S. S. Elovikov, et al., Local surface plasmons and resonant mechanism of giant, surface-enhanced) second-harmonic generation // Pis'ma Zh. Eksp. Teor. Fiz., 1988, v.48, №2, p. 92-95.

23. E. Beaurepaire, J.-C. Merle, A. Daunois, J.-Y. Bigot, Ultrafast Spin Dynamics in Ferromagnetic Nickel H Phys. Rev. Lett., 1996, v.76, №22, p. 4250-4253.

24. J. Hohlfeld, E. Matthias, R. Knorren, К. H. Bennemann, Nonequilibrium Magnetization Dynamics of Nickel II Phys. Rev. Lett., 1997, v.78, №25, p. 4861-4864.

25. A. Scholl, L. Baumgarten, R. Jacquemin, W. Eberhardt, XJltrafast Spin Dynamics of Ferromagnetic Thin Films Observed by fs Spin-Resolved Two-Photon Photoemission // Phys. Rev. Lett., 1997, v.79, №25, p. 5146-5149.

26. M. Б. Агранат, С. И. Ашитков, А. Б. Грановский, Г. И. Рукман, Взаимодействие пикосекундных лазерных импульсов с электронной, спиновой и фононной подсистемами никеля АЖЭТФ, 1984, т.86, №4, с. 1376-1379.

27. В. М. Петникова, К. В. Руденко, В. В. Шувалов, Четырехфотонная спектроскопия сверхтонких пленок Ni методом пикосекундной бигармонической накачки И Квантовая электроника, 1999, т.28, №1, с. 69-74.

28. JI. П. Кузнецова, В. М. Петникова, К. В. Руденко, В. В. Шувалов, Нелинейный отклик сверхтонких пленок Ni в методе вырожденной четырехфотонной спектроскопии // Квантовая электроника, 2000, т.30, №2, с. 175-179.

29. А. В. Воронов, В. М. Петникова, К. В. Руденко, В. В. Шувалов, Оптическое перемешивание спинов» и кинетика нелинейного отклика в четырехфотонной спектроскопии тонких ферромагнитных пленок // Квантовая электроника, 2001, т.31, №12, с. 1058-1062.

30. V. М. Farztdinov, A. L. Dobryakov, V. S. Letokhov, et. al., Spectral dependence of femtosecond relaxation and coherent phonon excitation in Сво films // Phys. Rev. B, 1997, v.56, №7, p. 4176-4185.

31. V. M. Farztdinov, Yu. E. Lozovik, Yu. A. Matveets, Femtosecond optical spectroscopy of high Tc superconductors and fullerites // Brazilian J. of Physics, 1996, v.26, №2, p. 482-499.

32. Б. А. Гришанин, В. M. Петникова, В. В. Шувалов, Нестационарная четырехфотонная спектроскопия полупроводников // Итоги науки и техники.

33. Сер. Современные проблемы лазерной физики. Москва, ВИНИТИ, 1990, т.2, с. 781.

34. А. Н. Жерихин, В. А. Лобастов, В. М. Петникова, В. В. Шувалов, Метод бигармонической накачки в исследованиях спектра электронных состояний Y-Ba-Си-0 в области фазового перехода // Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1993, т.6, №7, с. 1438-1445.

35. А. N. Zherikhin, V. A. Lobastov, V. М. Petnikova, V. V. Shuvalov, Nonlinear spectroscopy of Y-Ba-Cu-0 nonequilibrium states excited by picosecond optical pumping//Physica C, 1994, v.221, №3-№4, p. 311-318.

36. A. H. Жерихин, В. А. Лобастов, В. M. Петникова, В. В. Шувалов, Четырехфотонная спектроскопия фазовых переходов в ВТСП пленках //Известия РАН, серия Физическая, 1994, т.58, №2, с. 118-126.

37. S. V. Chekalin, V. М. Farztdinov, V. V. Golovlyov, et. al., Femtosecond spectroscopy of YBa2CusOj.s: Electron-phonon-interaction measurement and energy-gap observation //Phys. Rev. Lett., 1991, v.67, p. 3860-3863.

38. О. A. Aktsipetrov, V. V. Vereta, L. I. Daikhin, et. al., Generation of reflected second-harmonic and insulator-metal transition in conducting polymer films // Pis'ma Zh. Eksp. Teor. Fiz., 1991, v.54, №2, p. 175-178.

39. D. Yu. Paraschuk, V. M. Kobryanskii, Coherent Electron-Lattice Vibrations in Trans-Nanopolyacetylene Probed by Raman Scattering II Phys. Rev. Lett., 2001, v.87, №25, p. 207402.

40. Ч. Киттель, Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978.

41. А. Анималу. Квантовая теория кристаллических твердых тел. / Пер. с англ. Е. JI. Ивченко, A. JI. Эфрос. М.: Мир, 1981.

42. N. Nagaosa, Quantum Field Theory in Strongly Correlated Electronic Systems. Berlin: Springer-Verlag, 1999.

43. A. M. Oles and J. Zaanen, Mean-field theories of the two-band model and the magnetism in high-Tc oxides //Phys. Rev. B, 1989, v.39, p. 9175-9191.

44. P. B. Wiegmann, Superconductivity in Strongly Correlated Electronic Systems and Confinement versus Deconfinement Phenomenon // Phys. Rev. Lett., 1988, v.60, p. 2445.

45. J.-J. Liang, J.-Q. Liang, and W.-M. Liu, Quantum phase transition of condensed bosons in optical lattices // Phys. Rev. A, 2003, v.68, p. 043605-043611.

46. S. Ben-Tabou de-Leon and B. Laikhtman, Mott transition, biexciton crossover, and spin ordering in the exciton gas in quantum wells // Phys. Rev. B, 2003, v.67, p. 235315235329.

47. S. Sachdev, Colloquium: Order and quantum phase transitions in the cuprate superconductors //Rev. Mod. Phys., 2003, v.75, p. 913-932.

48. S. V. Isakov and R. Moessner, Interplay of quantum and thermal fluctuations in a frustrated magnet // Phys. Rev. B, 2003, v.68, p. 104409-104418.

49. Г. Николае, И. Пригожин, Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир, 1979.

50. П. Гленсдорф, И. Пригожин, Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. М.: Мир, 1973.

51. T. Klamroth, P. Saalfrank, and U. Hôfer, Open-system density-matrix approach to image-potential dynamics of electrons at Cu (100): Energy- and time-resolved two-photon photoemission spectra//Phys. Rev. B, 2001, v.64, p. 035420-035431.

52. S. Ogawa, H. Nagano, and H. Petek, Optical Intersubband Transitions and Femtosecond Dynamics in Ag /Fe(100) Quantum Wells // Phys. Rev. Lett., 2002, v.88, p. 116801.

53. S. D. Brorson, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Femtosecond electronic heat-transport dynamics in thin goldfilms//Phys. Rev. Lett., 1987, v.59, p. 1962-1965.

54. H. E. Elsayed-Ali, T. Juhasz, G. O. Smith, and W. E. Bron, Femtosecond thermoreflectivity and thermotransmissivity of polycrystalline and single-crystalline gold films// Phys. Rev. B, 1991, v.43, p. 4488-4491.

55. C.-K. Sun, F. Vallée , L. H. Acioli , E. P. Ippen and J. G. Fujimoto, Femtosecond-tunable measurement of electron thermalization in gold// Phys. Rev. B, 1994, v.50, p. 15337-15348.

56. R. H. M. Groeneveld, R. Sprik, and A. Lagendijk, Femtosecond spectroscopy of electron-electron and electron-phonon energy relaxation in Ag and Au // Phys. Rev. B, 1995, v.51, p. 11433-11445.

57. A. L. Dobryakov, V. M. Farztdinov, Yu. E. Lozovik, and G. Marowsky, Laser-induced nonequilibrium electron distribution in metals on a femtosecond time scale II Physica Scripta, 1999, v.60, №6, p. 572-578.

58. M. Bonn, D. N. Denzler, S. Funk, M. Wolf et al., Ultrafast electron dynamics at metal surfaces: Competition between electron-phonon coupling and hot electron transport // Phys. Rev. B, 2000, v.61, p. 1101.

59. Э. А. Маныкин, М. И. Ожован, П. П. Полуэктов, Конденсированные состояния и распад в системе возбужденных атомов цезия П Хим. физика, 1999, т.18, №7, с. 87-100.

60. Э. А. Маныкин, М. И. Ожован, П. П. Полуэктов, О возможности металлизации газа в возбужденном состоянии II Письма в ЖЭТФ, 1980, т.6, №4, с. 218 — 220.

61. Л. Холмлид, Э. А. Маныкин, Ридберговское вещество долгоживущее конденсированное возбужденное состояние // ЖЭТФ, 1997, т.11, №5, с. 16011610.

62. А. П. Менушенков, В. Н. Неволин, Лазерная технология ч.1. М.: МИФИ, 1992.

63. У. Дьюли, Лазерная технология и анализ материалов. М.: Мир, 1986.

64. Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов, И. В. Зуев, А. И. Кокора, Лазерная и электроннолучевая обработка материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1985.

65. А. А. Веденов, Г. Г. Гладуш, Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985.

66. А. В. Воронов, В. М. Петникова, В. В. Шувалов, Магнито дипольная самоорганшация носителей заряда в высокотемпературных сверхпроводниках и кинетика фазового перехода II ЖЭТФ, 2001, т.120, №5, с. 1256-1267.

67. V. М. Petnikova, V. V. Shuvalov, А. V. Voronov, Kinetics of stripes and energy pseudogap in high-temperature superconductors: coherent nonlinear spectroscopy of phase transition in Y-Ba-Cu-O // Laser Physics, 2002, v.12, №2, p. 278- 286.

68. V. M. Petnikova, V. V. Shuvalov, A. V. Voronov, Kinetics of stripes and pseudogap in high temperature superconductors II Proceedings SPIE, 2002, v.4752, p. 113-123.

69. V. M. Petnikova, V. V. Shuvalov, A. V. Voronov, "Stipes " and "pseudogap ": what we see in nonstationary four-photon spectroscopy of HTSC materials If ITARUS' 2000, Palermo, Italy, September 16-20,2000, Book of Abstracts, p.34.

70. V. M. Petnikova, V. V. Shuvalov, A. V. Voronov, Kinetics of stripes and pseudogap in high temperature superconductors // ICONO 2001, Minsk, Belarus, June 26- July 01, 2001, Technical Digest, p.FH3.

71. V. M. Petnikova, V. V. Shuvalov, A. V. Voronov, Kinetics of "stripes" and energy "pseudogap " in transient four-photon spectroscopy of HTSC materials // IQEC'2002, Moscow, Russia, June 22 27,2002, Technical Digest, p.390.

72. J. G. Bednorz, K. A. Muller, Possible high-Tc superconductivity in the Ba-La-Cu-0 system // Zeitschrift fur Physik B, Condensed Matter, 1986, v.64, №2, p. 189-193.

73. A. Fujimori, E. Takayama-Muromachi, Y. Uchida, Electronic structure of superconducting Cu oxides II Solid State Communications, 1987, v.63, №9, p. 857-860.

74. Z. Schlesinger, L. D. Rotter, R.T. Collins, F. Holtzberg, C. Field, U. Welp, G. W. Crabtree, J. Z. Liu, Y. Fang, K. G. Vandervoort, Infrared properties of high Tc superconductors I I Physica C: Superconductivity, 1991, v.185-189, pt.l, p. 57-64.

75. R. J. Birgeneau, G. Shirane, Physical properties of high temperature superconductors I. / Ed. by D. M. Ginsberg. -Singapore: World Scientific, 1989.

76. G. Shirane, Magnetic correlations in high Tc oxides // Physica C: Superconductivity, 1991, v.185-189, pt.l, p. 80-85.

77. B. Jl. Гинзбург, Д. А. Киржниц, Проблема высокотемпературной сверхпроводимости. М.: Наука, 1977.

78. J. F. Annett, N. Goldenfeld, A. J. Leggett, Constraints on the pairing state of the cuprate superconductors II J. of Low Temperature Physics, 1996, v.105, №3-№4, p. 473-482. ,

79. A. Moreo, A. Nazarenko, S. Haas, A. Sandvik, E. Dagotto, Interpretation of ARPES data and d-wave superconductivity using electronic models in two dimensions I I J. of the Physics and Chemistry of Solids, 1995, v.56, №12, p. 1645-1649.

80. M. Norman, H. Ding, M. Randeria, J. C. Campuzano, T. Yokoya, T. Takeuchi, T. Takahashi, T. Mochiku, K. Kadowaki, P. Guptasarma, D. G. Hinks, Destruction of the Fermi surface in underdoped high Tc superconductors // Nature, 1998, v.392, p. 157160.

81. V. V. Kabanov, J. Demsar, B. Podobnik, D. Mihailovic, Quasiparticle relaxation dynamics in superconductors with different gap structures: Theory and experiments on YBa2Cu307-s. I I Phys. Rev. B, 1999, v.59, №2, p. 1497-1506.

82. J. M. Tranquada, B. J. Sternlieb, J. D. Axe, Y. Nakamura, S. Uchida, Evidence for stripe correlations of spins and holes in copper oxide superconductors II Nature, 1995, v.375, p. 561-563.

83. B. Biichner, M. Breuer, A. Freimuth, A. P. Kampf, Critical Buckling for the Disappearance of Superconductivity in Rare-Earth-Doped La2-xSrxCu04 II Phys. Rev. Lett., 1994, v.73, №13, p. 1841-1844.

84. J. L. Cohn, J. Karpinski, Anisotropic in-plane thermal conductivity of single-crystal YBa2Cu408. // Phys. Rev. B, 1998, v.58, №21, p. 14617-14620.

85. G. Baskaran, Z. Zou, P. W. Anderson, The resonating valence bond state and high-Tc superconductivity A mean field theory // Solid State Communications, 1987, v.63, №11, p. 973-976.

86. E. Dagotto, Correlated electrons in high-temperature superconductors // Reviews of Modern Physics, 1994, v.66, №3, p. 763-840.

87. W. O. Putikka, M. U. Luchini, T. M. Rice, Aspects of the phase diagram of the two-dimensional t-J model // Phys. Rev. Lett., 1992, v.68, №4, p. 53 8-541.

88. M. S. Hybertsen, E. B. Stechel, M. Schluter, D. R. Jennison, Renormalization from density-functional theory to strong-coupling models for electronic states in Cu-0 materials II Phys. Rev. B, 1990, v.41, №16, p. 11068-11072.

89. K. Yonemitsu, A. R. Bishop, J. Lorenzana, Doping states in the two-dimensional three-band Peierls-Hubbard model II Phys. Rev. B, 1993, v.47, №18, p. 12059-12088.

90. Monte Carlo methods in statistical physics /Ed. by K. Binder. Berlin: Springer-Verlag, 1986.

91. V. A. Lobastov, V. M. Petnikova, V. V. Shuvalov, A. N. Zherikhin, Biharmonic pumping technique for Y-Ba-Cu-O energy spectrum research in phase-transition vicinity II Physics Letters A, 1993, v.179, №2, p. 145-148.

92. Nonequilibrium superconductivity / Eds D. N. Langenberg, A. I. Larkin. The Netherlands: North-Holland, 1986.

93. D. M. Frenkel, W. Hanke, Spirals and spin bags: A link between the weak- and the strong-coupling limits of the Hubbard model II Phys. Rev. B, 1990, v.42, №10, p. 6711— 6714.

94. B. I. Shraiman, E. D. Siggia, Mean-field theory for vacancies in a quantum antiferromagnet II Phys. Rev. B, 1989, v.40, №13, p. 9162-9166.

95. D. I. Khomskii, K. I. Kugel, Why stripes? Spontaneous formation of inhomogeneous structures due to elastic interactions I I Europhys. Lett., 2001, v.55, №2, p. 208-213; D.

96. Khomskii, К. I. Kugel, Elastic interactions and superstructures in manganites and other Jahn-Teller systems II Phys. Rev. B, 2003, v.67, №13, p. 134401.

97. Л. Д. Ландау, E. M. Лифшиц, Статистическая физика. M.: Наука, 1995.

98. Г. Корн, Т. Корн, Справочник по математике для научных работников и инженеров: определения, теоремы, формулы / Ред. и пер. с англ. И. Г. Араманович. М.: Наука, 1970.

99. J. A. Nelder, R. Mead, A simplex methodfor function minimization И Computer Journal, 1965, v.7, №4, p. 308-313.

100. E. M. Лифшиц, Л. П. Питаевский, Физическая кинетика. М.: Наука, 1979.

101. H. Н. Розанов, Оптическая бистабильностъ и гистерезис в распределенных нелинейных системах. М.: Наука, 1997.

102. В. А. Васильев, Ю. М. Романовский, В. Г. Яхно, Автоволновые процессы. М.: Наука, 1987.

103. Ю. В. Бобырев, А. В. Воронов, В. M. Петникова, К. В. Руденко, В. В. Шувалов, Спектроскопия сверхтонких металлических пленок: метод вырожденной четырехфотонной спектроскопии И Ломоносовские чтения 2003. Секция физики.

104. Москва, Физический факультет МГУ, 18-25 апреля 2003 г, Сборник расширенных тезисов докладов, с.83.

105. V. М. Petnikova, К. V. Rudenko, V. V. Shuvalov, А. V. Voronov, Spin mixing in ultra-thin ferromagnetic Ni films under picosecond excitation I I RGLS'2000, Vladimir/Suzdal, Russia, September 21-26,2000, Technical Digest, p.40.

106. Heinrich and J. A. C. Bland, eds., Ultrathin Magnetic Structures. Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 1994.

107. M. Mansuripur, The physical principles of magneto-optical recording. London: Cambridge University Press, 1995.

108. W. Hiibner, G. P. Zhang, Ultrafast spin dynamics in nickel II Phys. Rev. B, 1998, v.58, №10, p. 5920-5923.

109. В. C. Choi, W. Y. Lee, A. Samad, J. A. C. Bland, Dynamics of magnetization reversal in thin polycrystalline NiSoFe2ofilms II Phys. Rev. B, 1999, v.60, №17, p. 11906-11909.

110. O. Ney, M. Trzeciecki, W, Hubner, Femtosecond dynamics of spin-dependent SHG response from NiO (001) // Appl. Phys. B, 2002, v.74, p. 741-744.

111. R. Knorren, K.H. Bennemann, Analysis of ultrafast electronic and magnetic response of ferromagnetic transition metals II Appl. Phys. B, 1999, v.68, p. 501-504.

112. R. Jansen, P. S. Anil Kumar, O.M. J. van't Erve, R. Vlutters, P. de Haan, and J. C. Lodder, Thermal Spin-Wave Scattering in Hot-Electron Magnetotransport Across a Spin Valve И Phys. Rev. Lett., 2000, v.85, №15, p. 3277-3280.

113. А. И. Ахиезер, В. Г. Барьяхтар, С. В. Пелетминский, Спиновые волны. М.: Наука, 1967.

114. A. Hucht, К. D. Usadel, Reorientation transition of ultrathin ferromagnetic films II Phys. Rev. B, 1997, v.55, №18, p. 12309-12312.

115. Monte Carlo simulation in statistical physics: an introduction / Ed. by K. Binder. -Berlin: Springer-Verlag, 1997.

116. L. P. Ivanov, A. S. Logginov, V. V. Radnoshkin, and R. V. Telesnin, Dynamics of domain structures in iron-garnet films // JETP Lett., 1976, v.23, p. 575-578.

117. А. С. Логгинов, А. В. Николаев, E. П. Николаева, B.H. Онищук, Модификация структуры доменных границ и зарождение субмикронных магнитных образований методами локального оптического воздействия II ЖЭТФ, 2000, т.117, №3, с. 571-581.

118. V. L. Sobolev, S. V. Ivanova, Н. L. Huang, Domain wall in ultrathin magnetic film: Internal structure and dynamics II J. of Applied Physics, 2000, v.88, №8, p. 4783-4788.

119. А. В. Воронов, В. M. Петникова, В. В. Шувалов, Конденсация колебательного возбуждения и специфика комбинационного рассеяния цепочками сопряженных полимеров // Квантовая электроника, 2003, т.ЗЗ, №3, с. 219-225.

120. V. М. Petnikova, V. V. Shuvalov, and А. V. Voronov, Room-temperature vibration condensate and Raman spectroscopy of conjugated polymers И Physics Letters A, 2003, v.315, №3-№4, p. 262-272.

121. V. V. Shuvalov, A. V. Voronov, The role of coherent collective states in Raman spectroscopy of one-dimensional molecular chains II LPHYS'02, July 1-5, 2002, Bratislava, Slovakia. Book of Abstracts, p. 190.

122. А. А. Абрикосов, В. M. Генкин, К теории Романовского рассеяния света в сверхпроводниках II ЖЭТФ , 1973, т.65, №2, с. 842-847.

123. А. V. Chubukov, D. М. Frenkel, Resonant two-magnon Raman scattering in parent compounds ofhigh-Tc superconductors II Phys. Rev. B, 1995, v.52, №13, p. 9760-9783.

124. A. F. Fonseca, M. V. Mesquita, A. R. Vasconcellos, R. Luzzi, Informational-statistical thermodynamics of a complex system I I J. Chem. Phys., 2000, v.112, №9, p. 3967-3969.

125. A.C. Давыдов, Солитоны в молекулярных системах. Киев: Наукова думка, 1984.

126. G. Lanzani, R. Е. Benner, Z. V. Vardeny, Picosecond dynamics of nonequilibrium phonons in trans-polyacetylene studied by transient photoinduced resonance Raman scattering I I Solid State Communications, 1997, v.101, №4, p. 295-299.

127. P. W. Higgs, Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons И Phys. Rev. Lett., 1964, v.13, №16, p. 508-509.

128. A. Linde, Hybrid inflation II Phys. Rev. D, 1994, v.49, №2, p. 748-754.

129. Bose-Einstein Condensation / Eds A. Griffin, D. W. Snoke, S. Stringari. New-York: Cambridge University Press, 1994.

130. H. H. Боголюбов, H. H. Боголюбов, Введение в квантовую статистическую механику. М.: Наука, 1984.

131. Н. Н. Боголюбов, Д. В. Ширков, Введение в теорию квантованных полей. М.: Наука, 1984.

132. К. Huang, Statistical Mechanics, v.II / Edited by J. de Boer and G. E. Uhlenbeck, -Amsterdam: North-Holland, 1964.

133. JI. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Теоретическая физика. Том III. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. М.:, Наука, 1989.

134. А. В. Воронов, В. В. Шувалов, Динамика самонакачивающихся двойных ОВФ зеркал на фоторефрактивной нелинейности II Квантовая электроника, т.34, 2004, в печати.

135. V. V. Shuvalov, А. V. Voronov, Kinetics of self-organization in self-pumped double phase-conjugate mirrors II XI Conference on Laser Optics, Technical Program, St. Petersburg, Russia, June 30-July 4,2003, p. 28.

136. V. V. Shuvalov, A. A. Voronov, Dynamic self-organization in double phase-conjugate mirrors II 12th International Laser Physics Workshop (LPHYS 03). Hamburg, Germany, August 25-29,2003, Book of Abstracts, p. 269.

137. С. Г. Одулов, M. С. Соскин, А. И. Хижняк, Лазеры на динамических решетках. -М.: Наука, 1990.

138. С. Mailhan, N. Fressengeas, М. Goetz, G. Kugel, Stabilization of the photorefractive double phase-conjugate mirror in ВаТЮз II Phys. Rev. A, 2003, v.67, №2, p. 023817.

139. J. Feinberg, Self-pumped, continuous-wave phase conjugator using internal reflection II Optics Lett., 1982, v.7, №10, p. 486-488.

140. D. Engin, S. Orlov, M. Segev, G. C. Valley, A. Yariv, Order-Disorder Phase Transition and Critical Slowing Down in Pho torejr active Self-Oscillators II Phys. Rev. Lett., 1995, v.74, №10, p. 1743-1746.

141. Photorefractive materials and applications / Ed. by P. Gunter and J.-P. Huignard. Topics in applied physics. Heidelberg: Springer-Verlag, v.61,1988; v.62,1989.

142. Vinetskii, Beam coupling Light amplification II Ferroelectrics, 1979, v.22, №3-№4, p. 961-964.

143. A. V. Mamaev, A. A. Zozulya, Dynamics and stationary states of a photorefractive phase conjugate semilinear mirror И Optics Communication, 1991, v.79, №5, p. 373376.

144. H. И. Бельдюгина, В. В. Шкунов, Динамика самостарта и порог генерации в системе двух связанных двойных ОВФ-зеркал // Квантовая электроника, 1994, v.21, №3, р. 234-235.

145. A. A. Zozulya, М. Saffman, D. Z. Anderson, Propagation of Light Beams in Photorefractive Media: Fanning, Self-Bending, and Formation of Self-Pumped Four-Wave-Mixing Phase Conjugation Geometries II Phys. Rev. Lett., 1994, v.73, №6, p. 818-821.

146. Ping Xie, Jian-Hua Dai, Peng-Ye Wang, and Hong-Jun Zhang, Mechanism of self-pumped phase conjugation in photorefractive crystals I I Appl. Phys. Lett., 1996, v.69, №26, p. 4005-4007.

147. G. Duree, G. Salamo, M. Segev, A. Yariv, B. Crosignani, P. Di Porto, E. Sharp, Dimensionality and size of photorefractive spatial solitons II Optics Lett., 1994, v.19, №16, p. 1195-1197.

148. A. A. Zozulya, G. Montemezzani, D. Z. Anderson, Analysis of total-internal-reflection phase-conjugate mirror // Phys. Rev. A, 1995, v.52, №5, p. 4167-4175.

149. P. Xie, J.-H. Dai, P.-Y. Wang, H.-J. Zhang, Temporal behavior and instabilities of the self-pumped phase conjugation in photorefractive crystals // Phys. Rev. A, 1997, v.56, №l,p. 936-943.

150. R. A. Mullen, D. J. Vickers, L. West, D. M. Pepper, Phase conjugation by stimulated photorefractive scattering using a retroreflected seeding beam П JOS A B, 1992, v.9, №9, p. 1726-1734.

151. Kim Kyoung-Youm, Kang Jingu, Lee Byoungho, Photorefractive recording of subwavelength-size binary data using near-field scanning optical microscopy II Opt. Eng., 2002, v.41, №8, p. 1936-1942.

152. В. А. Выслоух, В. Кутузов, В. В. Шувалов, Фильтрация динамических искажений в системах с инерционной фоторефрактивной нелинейностью II Квантовая электроника, 1996, т.23, №2, с. 157-160.