Эффективная численная программа для изучения рассеяния света на наноуровне

Мультипольное разложение — мощный инструмент, широко используемый для анализа рассеяния света как одиночной наночастицей, так и периодическими массивами наноструктур. Этот инструмент позволяет нам исследовать физику необычного поведения света, такого как направленное рассеяние, идеальное отражение и пропускание, анапольные эффекты и многое другое. Кроме того, мы можем использовать этот инструмент для разработки новых нанофотонных устройств, таких как метаповерхности и плазмонные массивы для манипулирования светом. Численное интегрирование играет решающую роль в мультипольном разложении и может выполняться с использованием методов поверхностного или объемного интеграла. Исследователи внедрили в программу методы Лебедева и квадратуры Гаусса, что значительно повысило точность и эффективность вычисления интегралов.

Влияние числа Прандтля на затухающую стратифицированную турбулентность

Ученые из Кембриджского университета и Массачусетского университета в Амхерсте использовали суперкомпьютер Summit в Центре вычислений лидерства в Ок-Ридже (OLCF) Министерства энергетики США для запуска новой модели турбулентности океана (OLCF является пользовательским центром Управления науки Министерства энергетики США.) Работа опубликована в журнале Journal of Turbulence. Компьютер смоделировал обычный 10-метровый куб океанской воды. Для анализа изменений с точностью до сантиметра программа моделирует куб воды на цифровой сетке. Цифровой куб состоял из почти 4 триллионов точек. Модель предполагает, что более горячие жидкости смешиваются медленнее, чем импульс турбулентности.

Физико-математическая модель помогла описать процесс синтеза нанокристаллов германия

Ученые сформулировали физико-математическую модель и с ее помощью показали, что будет происходить с германиевым электродом при генерации дугового разряда. Оказалось, что германиевый электрод будет достаточно сильно нагреваться и испаряться. В результате испаренные частицы германия начнут попадать в холодные области камеры, конденсироваться и кристаллизоваться. Используя этот процесс, можно получить германиевые наноструктуры — экологически безопасные аналоги современных полупроводников. Результаты исследования опубликованы в журнале High Energy Chemistry.

Сбои во вращающихся сверхтвердых телах

Учёным удалось численно смоделировать сбои нейтронных звезд с помощью ультрахолодных диполярных атомов. Это исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, устанавливает прочную связь между квантовой механикой и астрофизикой. Ключевым моментом исследования является концепция «сверхтвердого тела» — состояния, которое проявляет как кристаллические, так и сверхтекучие свойства — которое, по прогнозам, является необходимым компонентом сбоев нейтронных звезд. Квантовые вихри гнездятся внутри сверхтвердого тела до тех пор, пока они все вместе не ускользнут и, следовательно, не будут поглощены внешней корой звезды, ускоряя ее вращение. Недавно сверхтвердая фаза была реализована в экспериментах с ультрахолодными диполярными атомами, что дало уникальную возможность смоделировать условия внутри нейтронной звезды.

Квантово-метрический нелинейный эффект Холла в топологической антиферромагнитной гетероструктуре

Международная группа исследователей, включая команду из Центра развития топологических полуметаллов (CATS), энергетического исследовательского центра при Управлении науки Министерства энергетики США, возглавляемого Национальной лабораторией Эймса, экспериментально продемонстрировала новый тип нелинейного эффекта Холла. Этот эффект Холла обусловлен квантовой метрикой, которая определяет расстояния между электронными волновыми функциями внутри кристалла. Экспериментальную работу возглавляли ученые Гарвардского университета, а теоретическое моделирование разрабатывалось в лаборатории Эймса. Этот проект представляет собой первое экспериментальное доказательство нелинейного эффекта Холла, который до сих пор был только теоретически обоснован.

Чёрные дыры могут образовывать пары в расширяющейся Вселенной

С помощью численных методов команда учёных показывает, что две статические (невращающиеся) черные дыры могут существовать в равновесии — их гравитационное притяжение компенсируется расширением, связанным с космологической постоянной. Даже при ускорении постоянно расширяющейся Вселенной черные дыры остаются на фиксированном расстоянии друг от друга. Как бы сильно расширение ни старалось их разлучить, гравитационное притяжение компенсирует это. Статья «Статические черные бинарные файлы в пространстве де Ситтера» опубликована в журнале Physical Review Letters и рассмотрена как статья Viewpoint.

Физики добились прорыва в компьютерном моделировании методом Монте-Карло

Исследователи из Лейпцигского университета разработали высокоэффективный метод исследования систем с дальнодействующими взаимодействиями, которые ранее вызывали недоумение у экспертов. Этими системами могут быть газы или даже твердые материалы, такие как магниты, атомы которых взаимодействуют не только со своими соседями, но и далеко за их пределами. Профессор Вольфхард Янке и его группа исследователей используют для этой цели компьютерное моделирование методом Монте-Карло. Исследователи разработали новый алгоритм. Они опубликовали свои новые выводы в журнале Physical Review X.

Замедление вращения под действием динамо в смоделированных лучистых звездных слоях

Трое французских ученых из CNRS, INRIA и ENS-PSL изучили вопрос "почему ядра звезд вращаются медленнее, чем ожидалось" и сообщили о своих выводах в статье, опубликованной в журнале Science 19 января 2023 года. Их численное моделирование течения плазмы в глубоких слоях звезды, показало, что замедление сердечника может производиться внутренним магнитным полем. В частности, поток плазмы может усиливать магнитное поле до такой степени, что оно создает сильные турбулентные движения. Такая турбулентность может еще больше усилить магнитное поле, пока не заставит ядро ​​звезды вращаться вниз.

Моделирование межгалактической среды Вселенной

Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) возглавил разработку новой численной процедуры для воспроизведения межгалактической среды, полученной в результате космологического моделирования 100 000 часов вычислений с использованием больших данных и методов машинного обучения. Благодаря этому алгоритму, названному Hydro-BAM, исследователи смогли использовать иерархию взаимосвязей между свойствами темной материи, ионизированного газа и межгалактического нейтрального водорода, составляющими крупномасштабную структуру нашей Вселенной.