Theory of anyon excitons: Relation to excitons of nu=1/3 and nu=2/3 incompressible liquids

Elementary excitations of incompressible quantum liquids (IQL's) are anyons, i.e., quasiparticles carrying fractional charges and obeying fractional statistics. To find out how the properties of these quasiparticles manifest themselves in the optical spectra, we have developed the anyon exciton model (AEM) and compared the results with the finite-size data for excitons of nu=1/3 and nu=2/3 IQL's. The model considers an exciton as a neutral composite consisting of three quasielectrons and a single hole. The AEM works well when the separation between electron and hole confinement planes, h, is larger than the magnetic length l. In the framework of the AEM an exciton possesses momentum k and two internal quantum numbers, one of which can be chosen as the angular momentum, L, of the k=0 state. Existence of the internal degrees of freedom results in the multiple branch energy spectrum, crater-like electron density shape and 120 degrees density correlations for k=0 excitons, and the splitting of the electron shell into bunches for non-zero k excitons. For h larger than 2l the bottom states obey the superselection rule L=3m (m are integers starting from 2), all of them are hard core states. For h nearly 2l there is one-to-one correspondence between the low-energy spectra found for the AEM and the many- electron exciton spectra of the nu=2/3 IQL, whereas some states are absent from the many-electron spectra of the nu=1/3 IQL. We argue that this striking difference in the spectra originates from the different populational statistics of the quasielectrons of charge conjugate IQL's and show that the proper account of the statistical requirements eliminates excessive states from the spectrum. Apparently, this phenomenon is the first manifestation of the exclusion statistics in the anyon bound states.Comment: 26 pages with 9 figures, typos correcte

Zero-energy vortices in Dirac materials

This is the author accepted manuscript. The final version is available from Wiley via the DOI in this record In this brief review, we survey the problem of electrostatic confinement of massless Dirac particles, via a number of exactly solvable one- and two-body models. By considering bound states at zero energy, we present a route to obtain truly discrete states of massless Dirac particles in scalar potentials, circumventing the celebrated Klein tunnelling phenomenon. We also show how the coupling of two ultrarelativistic particles can arise, and discuss its implications for cutting-edge experiments with two-dimensional Dirac materials. Finally, we report an analytic solution of the two-body Dirac-Kepler problem, which may be envisaged to bring about a deeper understanding of critical charge and atomic collapse in mesoscopic Dirac systems.European Union Horizon 202

Spin-orbit terms in multi-subband electron systems: A bridge between bulk and two-dimensional Hamiltonians

We analyze the spin-orbit terms in multi-subband quasi-two-dimensional electron systems, and how they descend from the bulk Hamiltonian of the conduction band. Measurements of spin-orbit terms in one subband alone are shown to give incomplete information on the spin-orbit Hamiltonian of the system. They should be complemented by measurements of inter-subband spin-orbit matrix elements. Tuning electron energy levels with a quantizing magnetic field is proposed as an experimental approach to this problem.Comment: Typos noticed in the published version have been corrected and several references added. Published in the special issue of Semiconductors in memory of V.I. Pere

Energy spectra of fractional quantum Hall systems in the presence of a valence hole

The energy spectrum of a two-dimensional electron gas (2DEG) in the fractional quantum Hall regime interacting with an optically injected valence band hole is studied as a function of the filling factor $\nu$ and the separation $d$ between the electron and hole layers. The response of the 2DEG to the hole changes abruptly at $d$ of the order of the magnetic length $\lambda$. At $d<\lambda$, the hole binds electrons to form neutral ($X$) or charged ($X^-$) excitons, and the photoluminescence (PL) spectrum probes the lifetimes and binding energies of these states rather than the original correlations of the 2DEG. The ``dressed exciton'' picture (in which the interaction between an exciton and the 2DEG was proposed to merely enhance the exciton mass) is questioned. Instead, the low energy states are explained in terms of Laughlin correlations between the constituent fermions (electrons and $X^-$'s) and the formation of two-component incompressible fluid states in the electron--hole plasma. At $d>2\lambda$, the hole binds up to two Laughlin quasielectrons (QE) of the 2DEG to form fractionally charged excitons $h$QE$_n$. The previously found ``anyon exciton'' $h$QE$_3$ is shown to be unstable at any value of $d$. The critical dependence of the stability of different $h$QE$_n$ complexes on the presence of QE's in the 2DEG leads to the observed discontinuity of the PL spectrum at $\nu={1\over3}$ or ${2\over3}$.Comment: 16 pages, 14 figures, submitted to PR

Методи визначення теплового навантаження систем кондиціювання повітря з урахуванням поточних кліматичних умов

Методи визначення теплового навантаження систем кондиціювання повітря з урахуванням поточних кліматичних умов = Methods to determine the heat load of air conditioning systems with account of current climatic conditions / Є. І. Трушляков, А. М. Радченко, Б. С. Портной, С. Г. Фордуй // Матеріали X міжнар. наук.-техн. конф. "Інновації в суднобудуванні та океанотехніці". В 2 т. – Миколаїв : НУК, 2019. – Т. 1. – С. 493–497.Анотація. Одним з найбільш привабливих резервів підвищення енергетичної ефективності систем кондиціювання повітря є забезпечення роботи холодильних компресорів в номінальному або близькому до номінального режимах шляхом вибору раціонального проектного теплового навантаження та його розподілу в межах його проектної величини відповідно до характеру поточного теплового навантаження за змінних поточних кліматичних умов з метою максимального або близького до нього річного виробництва холоду відповідно до його витрат на кондиціювання повітря. В загальному випадку весь діапазон поточних теплових навантажень будь-якої системи кондиціювання повітря включає діапазон нестабільних навантажень, пов’язаних з попереднім охолодженням зовнішнього повітря зі значними коливаннями витрат холодопродуктивності відповідно до поточних кліматичних умов, і порівняно стабільну частку холодильної потужності, що витрачається на подальше зниження температури повітря від певної порогової температури до кінцевої температури на виході. Цілком очевидно, що стабільний діапазон теплового навантаження може бути забезпечений при роботі звичайного компресора в режимі, близькому до номінального режимі, тоді як попереднє охолодження зовнішнього повітря зі значними коливаннями теплового навантаження потребує регулювання холодопродуктивності шляхом застосування компресора з регульованою швидкістю. Таким чином, за характером зміни поточних теплових навантажень будь-яка система кондиціювання повітря, чи то центральна система кондиціювання повітря з його тепловологісною обробкою в центральному кондиціонері, чи то її комбінація з місцевою рециркуляційною системою кондиціювання повітря в приміщеннях, по суті, складається з двох підсистем: попереднього охолодження зовнішнього повітря і його подальшого охолодження до встановленої кінцевої температури. Запропонований метод розподілу проектного теплового навантаження в залежності від характеру поточних теплових навантажень є корисним для раціонального проектування систем центрального кондиціювання повітря та їх комбінованих версій з місцевою системою кондиціювання повітря.Abstract. One of the most attractive reserves for improving the energy efficiency of air conditioning systems is to ensure the operation of refrigeration compressors in nominal or close to nominal modes by selecting a rational design heat load and distributing it within its design value according to the behavior of the current heat load under variable current climatic conditions to provide the maximum or close to maximum annual cooling capacity generation accord-ing to cooling duties of air conditioning. In the general case, the overall range of current thermal loads of any air conditioning system includes a range of unstable loads associated with the precooling of ambient air with significant fluctuations in cooling capacity according with current climatic conditions, and a relatively stable range of cooling capacity consumed to further reduce air temperature from a certain threshold temperature to the final outlet tem-perature. It is quite obvious that a stable range of heat load can be ensured within operating a conventional com-pressor in a mode close to the nominal mode, while precooling the ambient air with significant fluctuations in heat load requires regulation of the cooling capacity through the use of a variable speed compressor. Thus, in response of the behavior of the change in current heat loads, any air conditioning system, whether the central air-conditioning system with its heat procession in a central air conditioner, or a combination thereof with a local recirculation sys-tem of indoor air, essentially consists of two subsystems: pre-cooling the ambient air and then cooling it to the set point temperature. The proposed method of distribution of design heat load depending on the behaviour of current heat load is useful for the rational design of central air conditioning systems and their combined versions with the local air conditioning system.Аннотация. Одним из самых привлекательных резервов повышения энергетической эффективности систем кондиционирования воздуха является обеспечение работы холодильных компрессоров в номинальном или близком к номинальному режимах путем выбора рационального проектной тепловой нагрузки и ее распределения в пределах ее проектной величины в соответствии с характером текущей тепловой нагрузки в соответствии с меняющимися текущими климатическими условиями с целью максимального или близкого к нему годового производства холода в соответствии с его расходованием на кондиционирование воздуха. В общем случае весь диапазон текущих тепловых нагрузок любой системы кондиционирования воздуха включает диапазон нестабильных нагрузок, связанных с предварительным охлаждением наружного воздуха со значительными колебаниями затрат холодопроизводительности в соответствии с текущими климатическими условиями, и сравнительно стабильную долю холодопроизводительности, расходуемой на снижение температуры воздуха от определенной пороговой температуры до конечной температуры на выходе. Совершенно очевидно, что стабильный диапазон тепловой нагрузки может быть обеспечен при работе обычного компрессора в режиме, близком к номинальному, тогда как предварительное охлаждение наружного воздуха со значительными колебаниями тепловой нагрузки требует регулирования холодопроизводительности путем применения компрессора с регулируемой скоростью. Таким образом, по характеру изменения текущих тепловых нагрузок любая система кондиционирования воздуха, то ли центральная система кондиционирования воздуха с его тепловлажностной обработкой в центральном кондиционере, то ли ее комбинация с местной рециркуляционной системой кондиционирования воздуха в помещениях, по сути, состоит из двух подсистем: предварительного охлаждения наружного воздуха и его дальнейшего охлаждения до установленной конечной температуры. Предложенный метод распределения проектного тепловой нагрузки в зависимости от характера текущих тепловых нагрузок весьма полезный для рационального проектирования систем центрального кондиционирования воздуха и их комбинированных версий с местной системой кондиционирования воздуха

Проектне навантаження градирень систем охолодження відповідно до поточних кліматичних умов

Проектне навантаження градирень систем охолодження відповідно до поточних кліматичних умов = Project load on cooling towers of chilling systems in response to current climatic conditions / А. М. Радченко, Є. І. Трушляков, Б. С. Портной, С. Г. Фордуй, С. А. Кантор // Матеріали X міжнар. наук.-техн. конф. "Інновації в суднобудуванні та океанотехніці". В 2 т. – Миколаїв : НУК, 2019. – Т. 1. – С. 480–483.Анотація. Розглянуто двоступеневе охолодження повітря із застосуванням двоступінчастої тепловикористовуючої абсорбційно-ежекторної холодильної машини комбінованого типу, до складу якої входять абсорбційна бромистолітієва та хладонова ежекторна холодильні машини як ступені трансформації скидної теплоти в холод. За результатами моделювання роботи охолоджувального комплексу визначено раціональний розподіл проектних теплових навантажень на абсорбційний та ежекторний ступені тепловикористовуючої холодильної машини комбінованого типу, що забезпечує скорочення теплового навантаження на градирні. Показано, що завдяки такому підходу до визначення раціонального теплового навантаження на градирні системи оборотного охолодження, який полягає в урахуванні перерозподілу теплового навантаження між абсорбційним бромистолітієвим і хладоновим ежекторним ступенями охолодження з різною ефективністю трансформації скидної теплоти (різними тепловими коефіцієнтами) відповідно до поточних кліматичних умов експлуатації, можна звести до мінімуму кількість градирень відведення теплоти від холодильних машин з відповідним скороченням капітальних витрат на комплекс охолодження повітря в цілому.Abstract. Two-stage air cooling is considered using a two-stage combined type waste heat recovery chiller, which includes absorption lithium-bromide and refrigerant ejector chillers as steps to convert waste heat into cold. Based on the results of modeling the operation of the cooling complex a rational distribution of the project heat loads on the absorption and ejector stages of a combined type waste heat recovery chiller that provides reduce heat load on cooling towers. It is shown that due to this approach to determining the rational heat load on the cooling towers of the circulating cooling system whith taking into account the redistribution of heat load between the absorption lithiumbromide and refrigerant ejector cooling stages with different efficiency and transformation of waste heat (different heat coefficients) in accordance with current climate conditions, it is possible to minimize the number of cooling towers for the circulating cooling system for chillers with a corresponding reduction in capital expenditures on the cooling complex as a whole.Аннотация. Рассмотрено двухступенчатое охлаждение воздуха с применением двухступенчатой теплоиспользующей абсорбционно-эжекторной холодильной машины комбинированного типа, в состав которой входят абсорбционная бромистолитиевая и хладоновая эжекторная холодильные машины как ступени трансформации сбросной теплоты в холод. По результатам моделирования работы охладительного комплекса определено рациональное распределение проектных тепловых нагрузок на абсорбционную и эжекторную ступени теплоиспользующей холодильной машины комбинированного типа, которое обеспечивает сокращения тепловой нагрузки на градирни. Показано, что благодаря такому подходу к определению рациональной тепловой нагрузки на градирни системы оборотного охлаждения, который состоит в учете перераспределения тепловой нагрузки между абсорбционной бромистолитиевой и хладоновой эжекторной ступенями охлаждения с разной эффективностью трансформации сбросной теплоты (разными тепловыми коэффициентами) в соответствии с текущими климатическими условиями эксплуатации, можно свести к минимуму количество градирен отведения теплоты от холодильных машин с соответствующим сокращение

Порівняння характеристик глибокого охолодження повітря на вході ГТУ для різного типу клімату

Порівняння характеристик глибокого охолодження повітря на вході ГТУ для різного типу клімату = Comparison of characteristics of deep air cooling at the GTU inlet in different climat type / М. І. Радченко, Є. І. Трушляков, Б. С. Портной, С. А. Кантор, Я. Зонмін // Матеріали XI міжнар. наук.-техн. конф. "Інновації в суднобудуванні та океанотехніці". В 2 т. – Миколаїв : НУК, 2020. – Т. 1. – С. 452–455.Анотація. Досліджено ефективність глибокого охолодження повітря на вході ГТУ. Порівнюються потреби в питомій холодильній потужності тепловикористовуючих холодильних машин та градирень для їх охолодження. Показано, що охолодження повітря до 10 ºС порівняно з його традиційним охолодженням до 15 ºС потребує збільшення необхідної кількості холоду у 1,7…2,0 рази та потужності градирень у 2,6…3,0 рази для клімату України, тоді як для КНР – 1,25…1,3 і 1,5…1,6 рази, відповідно.The efficiency of deep air cooling at the gas turbine inlet has been investigated. The requirements for specific refrigerating capacity of exhaust heat conversion refrigerating machines and cooling towers for their cooling are compared. It has been shown that air cooling to 10 °C, in comparison with its traditional cooling to 15 °C, requires an increase in the required amount of cold by 1.7...2.0 times and the capacity of cooling towers by 2.6...3.0 times for the climate of Ukraine, while for the PRC – 1 25...1.3 and 1.5...1 , 6 times, respectively

Метод визначення теплового навантаження системи кондиціювання повітря за максимальним темпом прирощення холодопродуктивності (на прикладі кондиціювання повітря енергетичного призначення)

Метод визначення теплового навантаження системи кондиціювання повітря за максимальним темпом прирощення холодопродуктивності (на прикладі кондиціювання повітря енергетичного призначення) = Method of determination of thermal load air conditioning systems by maximum cold performance rate (on the example of air conditioning for energy purposes) / М. І. Радченко, Є. І. Трушляков, С. А. Кантор, Б. С. Портной, А. А. Зубарєв // Авиационно-космическая техника и технология. – 2018. – № 4 (148). – С. 44–48.Обґрунтовано необхідність врахування змінних теплових навантажень на систему кондиціювання повітря (тепловологісної обробки повітря шляхом його охолодження зі зниженням температури й вологовмісту) відповідно до поточних кліматичних умов експлуатації. Оскільки ефект від охолодження повітря залежить від тривалості його застосування та обсягів споживання холоду, то запропоновано визначати його за обсягами холоду, витраченого за рік на кондиціювання повітря на вході ГТУ, тобто за річною холодопродуктивністю. На прикладі тепловикористовуючого кондиціювання повітря на вході газотурбінної установки (системи кондиціювання повітря енергетичного призначення) проаналізовано значення річних витрат холоду на охолодження зовнішнього повітря до температури 15 ºС абсорбційною бромистолітієвою холодильною машиною та двоступеневого охолодження повітря: до температури 15ºС – в абсорбційній бромистолітієвій холодильній машині та до температури 10 ºС – в ежекторній холодильній машині як ступенях двоступінчастої абсорбційно-ежекторної холодильної машини, в залежності від встановленої (проектної) холодильної потужності тепловикористовуючих холодильних машин. Показано, що виходячи з різного темпу нарощування річного виробництва холоду (річної холодопродуктивності), обумовленого зміною теплового навантаження відповідно до поточних кліматичних умов, необхідно вибирати таке проектне теплове навантаження на систему кондиціювання повітря (встановлену холодильну потужність холодильних машин), яке забезпечує досягнення максимального або близького до нього річного виробництва холоду при відносно високих темпах його нарощування. З метою визначення встановленої холодильної потужності, яка забезпечує максимальний темп нарощування річної холодопродуктивності (річного виробництва холоду), проаналізовано залежність прирощення річної холодопродуктивності, віднесеної до встановленої холодильної потужності, від встановленої холодильної потужності. За результатами досліджень запропоновано метод визначення раціонального теплового навантаження системи кондиціювання повітря (встановленої – проектної холодопродуктивності холодильної машини) відповідно до змінних кліматичних умов експлуатації упродовж року, яке забезпечує близьке до максимального річне виробництво холоду при відносно високих темпах його нарощування.It is justified the necessity of taking into consideration changes in thermal loads on the air conditioning system (heat and moisture treatment of air by cooling it with decreasing temperature and moisture content) in accordance with the current climatic conditions of operation. Since the effect of air cooling depends on the duration of its use and the amount of cold consumption, it is suggested that it be determined by the amount of cold spent per year for air conditioning at the GTU inlet, that is, for annual refrigerating capacity. The example of heat-using air conditioning at the inlet of a gas turbine unite (energy–efficient air conditioning systems) analyzes the annual costs of cooling for cooling ambient air to the temperature of 15 °C by an absorption lithium-bromide chiller and twostage air cooling: to a temperature of 15 °C in an absorption lithium-bromide chiller and down to temperature 10 °С – in a refrigerant ejector chiller as the stages of a two-stage absorption-ejector chiller, depending on the installed (project) refrigerating capacity of waste heat recovery chiller. It is shown that, based on the varying rate of increment in the annual production of cold (annual refrigeration capacity) due to the change in the thermal load in accordance with current climatic conditions, it is necessary to select such a design thermal load for the air conditioning system (installed refrigeration capacity of chillers), which ensures the achievement of maximum or close to it annual production of cold at a relatively high rate of its increment. It is analyzed the dependence of the increment on the annual refrigerated capacity, relative to the installed refrigeration capacity, on the installed refrigeration capacity, in order to determine the installed refrigeration capacity, which provides the maximum rate of increase in the annual refrigerating capacity (annual production of cold). Based on the results of the research, it is proposed the method for determining the rational thermal load of the air conditioning system (installed – the design refrigeration capacity of the chiller) in accordance with the changing climatic conditions of operation during the year, which provides nearby the maximum annual production of cold at relatively high rates of its growth.Обосновано необходимость учёта изменения тепловых нагрузок на систему кондиционирования воздуха (тепловлажностной обработки воздуха путём его охлаждения со снижением температуры и влагосодержания) в соответствии с текущими климатическими условиями эксплуатации. Поскольку эффект от охлаждения воздуха зависит от длительности его использования и объёмов потребления холода, то предложено определять его по объёму холода, потраченного за год на кондиционирование воздуха на входе ГТУ, то есть, по годовой холодопроизводительности. На примере теплоиспользующего кондиционирования воздуха на входе газотурбинной установки (систем кондиционирования воздуха энергетического назначения) проанализировано значения годовых затрат холода на охлаждение внешнего воздуха до температуры 15 °С абсорбционной бромистолитиевой холодильной машиной и двухступенчатого охлаждения воздуха: до температуры 15 ºС – в абсорбционной бромистолитиевой холодильной машине и до температуры 10 ° С – в эжекторной холодильной машине как степенях двухступенчатой абсорбционноэжекторной холодильной машины, в зависимости от установленной (проектной) холодильной мощности теплоиспользующих холодильных машин. Показано, что исходя из различного темпа приращения годового производства холода (годовой холодопроизводительности), обусловленного изменением тепловой нагрузки в соответствии с текущими климатическими условиями, необходимо выбирать такую проектную тепловую нагрузку на систему кондиционирования воздуха (установленную холодильную мощность холодильных машин), которая обеспечивает достижение максимального или близкого к нему годового производства холода при относительно высоких темпах его приращения. С целью определения установленной холодильной мощности, которая обеспечивает максимальный темп приращения годовой холодопроизводительности (годового производства холода), проанализирована зависимость приращения годовой холодопроизводительности, относительно установленной холодильной мощности, от установленной холодильной мощности. По результатам исследований предложено метод определение рациональной тепловой нагрузки системы кондиционирования воздуха (установленной – проектной холодопроизводительности холодильной машины) в соответствии с меняющимися климатическими условиями эксплуатации в течение года, которое обеспечивает близкое максимальному годовому производство холода при относительно высоких темпах его приращения

Раціональне теплове навантаження системи кондиціювання повітря за темпом прирощення річної холодопродуктивності

Раціональне теплове навантаження системи кондиціювання повітря за темпом прирощення річної холодопродуктивності = Rational thermal load of air conditioning systems according to yearly coling capacity rate / Є. І. Трушляков, М. І. Радченко, Б. С. Портной, А. А. Зубарєв, С. А. Кантор, Я. Зонмін // Матеріали X міжнар. наук.-техн. конф. "Інновації в суднобудуванні та океанотехніці". В 2 т. – Миколаїв : НУК, 2019. – Т. 1. – С. 423–426.Анотація. Показано, що виходячи з різного темпу нарощування річного виробництва холоду (річної холодопродуктивності), обумовленого зміною теплового навантаження відповідно до поточних кліматичних умов, необхідно вибирати таке проектне теплове навантаження на систему кондиціювання повітря (встановлену холодильну потужність холодильних машин), яке забезпечує досягнення максимального або близького до нього річного виробництва холоду при відносно високих темпах його нарощування. З метою визначення встановленої холодильної потужності, яка забезпечує максимальний темп нарощування річної холодопродуктивності (річного виробництва холоду), проаналізовано залежність прирощення річної холодопродуктивності, віднесеної до встановленої холодильної потужності, від встановленої холодильної потужності. За результатами досліджень запропоновано метод визначення раціонального теплового навантаження системи кондиціювання повітря (встановленої – проектної холодопродуктивності холодильної машини) відповідно до змінних кліматичних умов експлуатації упродовж року, яке забезпечує близьке до максимального річне виробництво холоду при відносно високих темпах його нарощування.Abstract. It is shown that, based on the varying rate of increment in the annual production of cold (annual refrigeration capacity) due to the change in the thermal load in accordance with current climatic conditions, it is necessary to select such a design thermal load for the air conditioning system (installed refrigeration capacity of chillers), which ensures the achievement of maximum or close to it annual production of cold at a relatively high rate of its increment. In order to determine the installed refrigeration capacity, which provides the maximum rate of increase in the annual refrigerating capacity (annual production of cold), the dependence of the increment on the annual refrigerated capacity, relative to the installed refrigeration capacity, on the installed refrigeration capacity, has been analyzed. Based on the results of the research, a method has been proposed for determining the rational thermal load of the air conditioning system (installed – the design refrigeration capacity of the chiller) in accordance with the changing climatic conditions of operation during the year, which provides nearby the maximum annual production of cold at relatively high rates of its growth.Показано, что исходя из различного темпа приращения годового производства холода (годовой холодопроизводительности), обусловленного изменением тепловой нагрузки в соответствии с текущими климатическими условиями, необходимо выбирать такую проектную тепловую нагрузку на систему кондиционирования воздуха (установленную холодильную мощность холодильных машин), которая обеспечивает достижение максимального или близкого к нему годового производства холода при относительно высоких темпах его приращения. С целью определения установленной холодильной мощности, которая обеспечивает максимальный темп приращения годовой холодопроизводительности (годового производства холода), проанализирована зависимость приращения годовой холодопроизводительности, относительно установленной холодильной мощности, от установленной холодильной мощности. По результатам исследований предложен метод определение рациональной тепловой нагрузки системы кондиционирования воздуха (установленной – проектной холодопроизводительности холодильной машины) в соответствии с меняющимися климатическими условиями эксплуатации в течение года, которое обеспечивает близкое максимальному годовому производство холода при относительно высоких темпах его приращения