Анатолий Титов

Ментор
Анатолий Владимирович Титов — руководитель Отделения перспективных разработок и заведующий отделом квантовой физики и химии Петербургского института ядерной физики им. Б. П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт», профессор кафедры квантовой механики СПбГУ, доктор физико-математических наук

Контакты
titov_av@pnpi.nrcki.ru
anatoly.titov@gmail.com

Проект 1: Развитие прецизионных методов для исследования электронной структуры и свойств материалов на основе d- и f-элементов
Развитие новых методов и создание вычислительных средств для высокоточного расчета материалов с d, f-элементами будет осуществляться на основе подходов, ранее разработанных сотрудниками отдела квантовой физики и химии НИЦ «Курчатовский институт" — ПИЯФ:

Обобщенного Релятивистского ПсевдоПотенциала (ОРПП); процедур восстановления электронной структуры в терминах четырехкомпонентных спиноров после расчета соединения методом ОРПП; концепции атомов-в-соединениях (atoms-in-compounds, AiC) для предсказания свойств, локализованных в остовах тяжелых атомов; «подстраиваемого-под-соединение» потенциала внедрения (compound-tunable embedding potential, CTEP) для кристаллов; релятивистских методов связанных кластеров в пространстве Фока (Fock-space relativistic coupled clusters, FS RCC); квазирелятивистской теории возмущений с множественными разбиениями гамильтониана (multi-partitioning perturbation theory, MPPT) и других разработок (см. qchem.pnpi.spb.ru/ru/aboutus). Наиболее важными для реализации проекта будут развитие технологий учета электронной корреляции для прецизионного исследования свойств материалов в рамках модели внедренных кластеров, развитие метода CTEP на исследуемые материалы; методики формирования кластерных моделей в материалах с ковалентными связями (перовскиты), и реализация концепции AiC для расчета свойств, локализованных вблизи атомных ядер.

Предполагается в том числе развитие и использование квантовых технологий для прецизионных расчетов достаточно сложных систем с учетом достигнутого прогресса в области создания квантовых компьютеров (см. сообщения на сайте qchem.pnpi.spb.ru/ru/news от 10 декабря 2025 и 27 июня 2025).

Проект 2: Теоретические исследования твердотельных материалов для поиска новой физики
Материалы с f-элементами в качестве как примесных центров, так и атомов элементарной ячейки вызывают повышенный интерес в связи с их ролью в создании новых технологий для решения широкого круга практических и фундаментальных задач. Целью проекта является развитие новых средств для теоретических исследований материалов на основе соединений тяжелых переходных металлов (d-элементов), лантаноидов и актиноидов (f-элементов), перспективных с точки зрения экспериментальной регистрации эффектов «новой физики» (поиска физики за пределами Стандартной модели электрослабых взаимодействий, временнóй эволюции «фундаментальных постоянных», таких как постоянная тонкой структуры и отношение массы протона к массе электрона) и исследования материалов, включающих Eu и Th.

Моделирование электронной структуры материалов на основе d, f-элементов с высокой точностью необходимо для глубокого понимания протекающих в них процессов и планирования экспериментов с целью минимизации систематических погрешностей при измерении физико-химических характеристик. Более того, для интерпретации результатов экспериментов по поиску физики за пределами Стандартной модели (т.е. эффектов, нарушающих пространственную четность (Р) и временную инвариантность (Т): электрического дипольного момента электрона (eЭДМ); T, P-нечетных ядерных моментов; аксионоподобных частиц как кандидатов на темную материю) необходимы расчеты таких характеристик исследуемого соединения, которые принципиально не могут быть измерены («эффективное поле» — для поиска eЭДМ; градиент электронной плотности на ядре — для поиска T, P-нечетного шиффовского момента ядра и т. д., — «параметрами новой физики в материалах»).

Комментарий
Студент получит знания о неэмпирических релятивистских методах прецизионного исследования электронной структуры твердых тел и молекул с тяжелыми атомами:

* Теория релятивистского эффективного потенциала остова
* Теория потенциала внедрения кластера в кристалл
* Прецизионные релятивистские методы расчета электронной структуры молекул и материалов с тяжелыми атомами
* Теория эффективного состояния атомов в химических соединениях, включая теорию химических сдвигов рентгеновских эмиссионных (флуоресцентных) линий
* Вариационные методы в квантовой теории многочастичных систем

которые могут быть использованы для решения широкого круга задач, в том числе для следующих:

* Поиск «новой физики» (физики за пределами Стандартной модели) на молекулах и твердых телах, включая эффекты несохранения временной инвариантности (Т) и темную материю
* Физика и химия переходных металлов, лантаноидов, актиноидов и сверхтяжелых элементов
* Локализованные (нелинейные) процессы и дефекты в материалах
* Магнитная структура материалов
* Оптические свойства материалов: солнечная энергетика, фотовольтаика, источники света, люминофоры и т. д.
* Металлоорганические структуры, функциализированные эндофуллерены для ядерной медицины, МРТ и т. п.