Машина Больцмана (МБ) - это рекуррентная сеть, имеющая широкий спектр применений в машинном обучении (МО), включая снижение размерности исходных данных, обучение признакам и задачу классификации. Стандартная МБ описывается моделью Изинга и может быть реализована в виде устройства на основе спинового льда. Такие физические реализации быстрее и энергоэффективнее, чем моделирование на цифровых компьютерах. В настоящее время аппаратные реализации МБ делаются для единственной задачи, а их дизайн рассчитывается на цифровых компьютерах. В настоящей статье мы предлагаем обобщенную МБ, способную самостоятельно, внутри спинтронного устройства, подбирать параметры в процессе демонстрации ей обучающих примеров. Наше обобщение основано на модели Гейзенберга, которая для спинового льда более точна, чем модель Изинга. Мы показываем, что для ряда систем минимизация расстояния Кульбака-Лейблера в процессе обучения МБ эквивалентно минимизации свободной энергии по пороговым значениям нейронов, т.е. обучение этой модели МО происходит путем диссипации энергии. Мы включаем пороговые значения нейронов в степени свободы системы, полагая, что их динамика описывается тем же уравнением Ландау-Лифшица-Гильберта, которое описывает динамику остальных спинов МБ. Демонстрация примеров происходит путем фиксации входов и выходов согласно тренировочной выборке. Обучающие примеры запоминаются машиной, становясь локальными минимумами на энергетическом ландшафте, тем самым реализуется вариант долговременной потенциации. Производительность предложенной машины сравнена с искусственной нейронной сетью вида однослойного перцептрона и с ограниченной машиной Больцмана на задаче бинарной классификации.

Исследовано формирование незатухающих токов экситонных поляритонов в кольцевых поляритонных конденсатах в микроцилиндрическом резонаторе в условиях пространственно-локализованной нерезонансной оптической накачки. Поскольку поляритонные конденсаты являются сильно неравновесными системами, потенциал захвата поляритонов, образованный микроцилиндром и резервуаром оптически индуцированных некогерентных экситонов, в общем случае является комплексным. Его мнимая часть включает пространственно-распределённое усиление за счёт накачки и потери поляритонов в конденсате. Показано, что управление балансом усиления и потерь в плоскости микроцилиндрического резонатора открывает доступ к наблюдению возбуждённых состояний поляритонного конденсата. Теоретически и экспериментально продемонстрировано образование вихрей в двойных концентрических кольцевых поляритонных конденсатах в комплексном потенциале кольцевой ловушки.

Предмет исследования. В работе детально проанализирован применяемый в экперименте тепловой режим работы вертикально-излучающего лазера (Vertical-cavity surface-emitting laser-VCSEL). Метод. В рамках работы было проведено теоретическое исследование рекуррентного соотношения, описывающего изменение длины волны VCSEL под действием специально выбранных импульсов тока модуляции. Высокоскоростные свойства прибора определяются оптической схемой демодуляции, в которой использована промодулированная по фазе несущая (используемый метод демодуляции - демодуляция на основе вычислений функции арктангенса: Phase Generated Carrier (PGC-ATAN)). Основные результаты. В рамках данной работы были получены формулы, определяющие частоту, фазу и глубину модуляции, для расчёта закона изменения промодулированной длины волны VCSEL в точках дискретизации. Сравнение с экспериментальными данными показало, что полученные формулы позволяют выбрать оптимальный тепловой режим работы VCSEL и надёжно рассчитать характеристики процесса модуляции по фазе несущей. Практическая значимость. Полученные формулы позволяют рассчитать точные характеристики процесса модуляции, а точно рассчитанная фаза источника модуляции позволит эффективнее её компенсировать в процессе демодуляции фазы сигнала интерферометра.

В настоящей работе экспериментально исследованы особенности туннельных вольт - амперных характеристик (ВАХ) при 1D-диссипативном туннелировании в пределе слабой диссипации для различных как синтезированных (так и в процессе синтеза) металлических наночастиц (НЧ) Ni, Co и Fe в системе совмещенного атомного силового и сканирующего туннельного микроскопа (АСМ/СТМ) во внешнем электрическом поле. Показано, что для отдельных туннельных ВАХ наблюдается единичный пик при одной из полярностей. В процессе синтеза металлических наночастиц с изменением полярности вместо нанокластеров можно синтезировать тороидальные структуры (показано на примере «растущих» Ni-НЧ). Исследование эффектов 1D-диссипативного туннелирования позволило разработать авторский метод управляемого роста наночастиц в системе совмещенного атомного силового и сканирующего туннельного микроскопа (АСМ/СТМ). Получено качественное совпадение экспериментальных и теоретических результатов, что позволяет предположить возможность экспериментального наблюдения макроскопических диссипативных туннельных эффектов и тем самым подтвердить гипотезу, высказанную в «пионерских» работах Нобелевского лауреата Э.Дж. Леггета, академика РАН А.И. Ларкина, профессора Ю.Н. Овчинникова (ИТФ РАН им. Л.Д. Ландау) и других авторов.

Мы изучаем основное уравнение открытых квантовых систем в альтернативной форме, сохраняющей нормальную форму усредненных нормально упорядоченных операторов. Мы даем пример использования этого уравнения для корреляторов нормально упорядоченных полевых операторов. Мы исследуем свойства системы линейных уравнений, основываясь на примере двухмодовой бозонной системы.

В данной работе фотокатализаторы на основе диоксида титана были синтезированы высокоэнергетическим размолом коммерческого TiO2 модификации анатаза. Характеризация образцов комплексом физико-химических методов, включая РФА, низкотемпературную адсорбцию азота, РФЭС и ПЭМ было показано, что размол анатаза приводит к фазовым превращениям и формированию нескольких фаз диоксида титана, в том числе фазы высокого давления, моноклинных фаз анатаза и рутила. Кроме того, были обнаружены изменения в размере кристаллитов и рост удельной поверхности образцов с 8 до 31 м2/г. Было показано, что размол приводит возникновению дефектов в структуре материалов. Фотокатализаторы, полученные методом размола, показали активность, сравнимую с коммерческим стандартом TiO2 Degussa P25, в фотокаталитической деструкции красителя метиленового синего под действием УФ-излучения, при этом, адсорбционные свойства синтезированных образцов были выше, чем у коммерческого P25.

Анатаз TiO₂ является материалом, обладающим хорошими фотокаталитическими свойствами. Для синтеза анатаза TiO₂ из природного песка Тулунгагунг использовали метод выщелачивания. Синтезированные образцы были охарактеризованы методами TGA, XRD, FTIR, BET, SEM, UV-DRS и протестированы на антибактериальное действие. В этом исследовании фаза анатаза TiO₂ уже сформировалась и испытывает три стадии потери массы. По данным ИК-спектроскопии фиксировались валентное колебание группы ОН, деформационная мода воды Ti-OH и Ti-O-Ti при волновых числах от 4000 до 400 см^-1. Полученный TiO₂ представлял собой мезопористый материал, сферическую форму с размером кристаллитов 58 нм и ширину запрещенной зоны 3.42 эВ. Суспензия анатаз TiO₂ с концентрацией 600 мкг/мл может уменьшить количество бактерий Escherichia coli, Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa. Таким образом, анатаз TiO₂ имеет потенциал в качестве антибактериального агента.

В данной работе нанокристаллический порошок ортоферрита празеодима был получен методом сжигания раствора с использованием янтарной кислоты в качестве органического топлива. Полученный образец охарактеризован методом порошковой рентгеновской дифракции, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии и спектроскопии диффузного отражения в УФ-видимом диапазоне. Установлено, что образец обладает пористой пенообразной морфологией со средним размером кристаллитов 36.1 нм и значением ширины запрещенной зоны 2.1 эВ. Исследование фентоноподобной фотокаталитической активности проводилась на примере разложения красителя метилового фиолетового в присутствии перекиси под действием видимого света. Максимальное значение константы скорости составило 0.0325 мин^-1. Полученные результаты были сопоставлены с известными литературными данными для аналогичных систем.

Методом глицин-нитратного горения получены нанокристаллические частицы на основе фаз переменного состава La₂(Ni,Mn,Fe)₂O₆ со структурой двойного перовскита. Размер кристаллитов увеличивается от 5 до 45 нм с увеличением содержания железа в синтезируемых частицах. Показано, что железо неравномерно встраивается в октаэдрические позиции ионов никеля и марганца, замещая преимущественно ионы марганца. При этом зависимость объёма элементарной ячейки двойного перовскита от концентрации ионов железа хорошо описывается правилом Ретгерса.

В гидротермальных условиях при температуре 200 °С, давлении 7 МПа и величине pH 7 получен нанокристаллический порошок гидроалюмофосфата висмута со структурой вейлендита, охарактеризованный методами рентгеновской дифрактометрии, сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионного микроанализа (EDAX). С использованием методов синхронного термического анализа и высокотемпературной рентгеновской дифрактометрии установлено, что кристаллохимическая формула данного соединения может быть представлена в виде BiAl₃(PO₄)₂O(OH)₄·(H₂O). Данное соединение сохраняет свою структуру и размеры кристаллитов (~65 нм) до температуры около 500 °С. Определено, что после разложения этого соединения в температурном диапазоне 540-800 °С формируются фазы состава Bi₂O₃, Bi₂Al₄O₉ и AlPO₄. При температуре выше 800 °С в данной системе происходит полное термическое разложение Bi2Al4O9 с образованием кристаллического α-Al₂O₃, а Bi₂O₃ испаряется по мере продолжительности изотермической выдержки.

Предложен структурный механизм образования нанокластеров и ромбоэдрической модификации CuZr_1.86(1)S₄ Теоретико-групповыми и кристаллохимическими методами исследованы особенности кристаллической структуры и мультипорядка в Cu-Zr-тиошпинели. Мультипорядок представляет собой структурную организацию материала, в образовании которой участвуют различные степени свободы кристалла. Доказано, что ромбоэдрческая структура CuZr_1.86(1)S₄ формируется в результате смещений и упорядочений всех типов атомов. Теоретически показано, что образование ромбоэдрической фазы связано не только с решеточными, но и с зарядовыми и, возможно, орбитальными степенями свободы кристалла. Теория предсказывает что рассматриваемая фаза должна быть несобственным сегнетоэластиком. Важной особенностью ромбоэдрической структуры являются металлические нанокластеры: «гроздья» димеров, тримеры и тетраэдры. Гроздья димеров представляют собой необычный тип самоорганизации атомов в ромбоэдрических шпинелеподобных структурах, образованный атомами двух (тетраэдрической и октаэдрической) фрустрированных подрешеток кристалла.

Тонкие пленки сульфида кадмия (CdS), легированного оловом (Sn), были выращены методом химического осаждения. Было замечено, что все тонкие пленки (легированные и нелегированные) были поликристаллическими с наноразмерными кристаллитами и кубической кристаллической структурой CdS. Согласно данным СЭМ CdS и CdS, легированный Sn представляют собой наностержни. Анализ ЭДС показывает дефицит серы и избыток кадмия в пленках. Спектроскопия UV-VIS подтверждает увеличение ширины запрещенной зоны при легировании пленок. Микроструктурный анализ показывает, что размер частиц увеличивается с увеличением концентрации Sn. Гравиметрический анализ показывает, что толщина тонкой пленки чистого CdS составляет 134 нм и увеличивается с увеличением концентрации легирующего олова. Измерения электропроводности показывают, что материал меняет свой отрицательный температурный коэффициент на положительный температурный коэффициент при повышении температуры. Измерения ТЭП показывают полупроводниковую природу пленок n-типа, которая обладает высокой светочувствительностью. Было обнаружено, что тонкая пленка чистого CdS менее чувствительна к зеленому свету, однако тонкие пленки CdS, легированные оловом (3 мас.%), демонстрируют повышенный фотоотклик, особенно на зеленый свет.

Нанофибриллы целлюлозы с высоким содержанием лигнина (ЛЦНФ) были успешно получены из термомеханической массы путем ТЕМПО-окисления с последующей ультразвуковой обработкой. Процесс получения ЛЦНФ с содержанием лигнина 23,8 и 14,1 мас.% включал в себя использование мягкого предварительного гидролиза термомеханической массы и регулирование загрузки гипохлорита натрия, что позволило увеличить содержание в них карбоксильных групп с 0,70 до 1,24 ммоль/г. По оценке методом атомно-силовой микроскопии ЛЦНФ имели диаметр 14 ± 5 нм. Морфология ЛЦНФ определялась как содержанием лигнина, так и содержанием карбоксильных групп. Полупрозрачные пленки ЛЦНФ были изготовлены методом литья из раствора. Они показали повышенный краевой угол смачивания водой 75-82°, повышенную термостабильность до 275°С по сравнению с пленками из нанофибрилл ТЕМПО-окисленной чистой целлюлозы 39° и 203°С, соответственно, и превосходную УФ-блокирующую способность в широком диапазоне спектра от 200 до 375 нм. Указанные ЛЦНФ могут быть успешно использованы для изготовления упаковочных материалов и биополимерных композитов.

Нанофибриллы целлюлозы с высоким содержанием лигнина (ЛЦНФ) были успешно получены из термомеханической массы путем ТЕМПО-окисления с последующей ультразвуковой обработкой. Процесс получения ЛЦНФ с содержанием лигнина 23,8 и 14,1 мас.% включал в себя использование мягкого предварительного гидролиза термомеханической массы и регулирование загрузки гипохлорита натрия, что позволило увеличить содержание в них карбоксильных групп с 0,70 до 1,24 ммоль/г. По оценке методом атомно-силовой микроскопии ЛЦНФ имели диаметр 14 ± 5 нм. Морфология ЛЦНФ определялась как содержанием лигнина, так и содержанием карбоксильных групп. Полупрозрачные пленки ЛЦНФ были изготовлены методом литья из раствора. Они показали повышенный краевой угол смачивания водой 75-82°, повышенную термостабильность до 275°С по сравнению с пленками из нанофибрилл ТЕМПО-окисленной чистой целлюлозы 39° и 203°С, соответственно, и превосходную УФ-блокирующую способность в широком диапазоне спектра от 200 до 375 нм. Указанные ЛЦНФ могут быть успешно использованы для изготовления упаковочных материалов и биополимерных композитов.