О спектре многомерного периодического магнитного оператора Шрёдингера с сингулярным электрическим потенциалом

  • Леонид Иванович Данилов
    • Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН
Ключевые слова: абсолютная непрерывность спектра, периодический оператор Шрёдингера

Аннотация

Для периодического $n$-мерного оператора Шрёдингера при $n \geqslant 4$ доказана абсолютная непрерывность спектра, если магнитный потенциал $A$ и электрический потенциал $V+\sum f_j\delta_{S_j}$ удовлетворяют некоторым ограничениям и, в частности, можно предполагать выполнение следующих условий:
(1) магнитный потенциал $A\colon{\mathbb{R}}^n\to{\mathbb{R}}^n$ либо имеет абсолютно сходящийся ряд Фурье, либо принадлежит какому-либо из пространств $H^q_{\mathrm{loc}}({\mathbb{R}}^n;{\mathbb{R}}^n)$, $2q>n-1$, или $C({\mathbb{R}}^n;{\mathbb{R}}^n)\cap H^q_{\mathrm{loc}}({\mathbb{R}}^n;{\mathbb{R}}^n)$, $2q>n-2$;
(2) функция $V\colon{\mathbb{R}}^n\to\mathbb{R}$ принадлежит пространству Морри ${\mathfrak{L}}^{2,p}$, $p\in\big(\frac{n-1}{2},\frac{n}{2}\big]$, периодических функций (с заданной решеткой периодов) и
$$\lim_{\tau\to+0} \sup_{0 < r \leqslant \tau} \sup_{x\in{\mathbb{R}}^n} r^2 \bigg(\big(v(B^n_r)\big)^{-1} \int_{B^n_r(x)} | {\mathcal{V}}(y)|^pdy\bigg)^{1/p} \leqslant C,$$
где $B^n_r(x)$ - замкнутый шар радиуса $r>0$ с центром в точке $x\in{\mathbb{R}}^n$, $B^n_r=B^n_r(0)$, $v(B^n_r)$ - объем шара $B^n_r$, $C=C(n,p;A)>0$;
(3) $\delta_{S_j}$ - $\delta$-функции, сосредоточенные на периодических $C^1$-(кусочно-)гладких гиперповерхностях $S_j$, $f_j\in L^p_{\mathrm{loc}}(S_j)$, $j=1,\ldots,m$. На гиперповерхности $S_j$ накладываются дополнительные геометрические условия, от которых зависит выбор числа $p\geqslant n-1$. В частности, если $S_j$ - $C^2$-гладкие гиперповерхности и для какого-либо единичного вектора $e$ из некоторого плотного множества на единичной сфере $S^{n-1}$, зависящего от магнитного потенциала $A$, нормальная кривизна гиперповерхностей $S_j$ вдоль направления вектора $e$ во всех точках касания с прямыми $\{x_0+te\colon t\in\mathbb{R}\}$, $x_0\in{\mathbb{R}}^n$, ненулевая, то можно выбрать число $p>\frac{3n}{2}-3$, $n\geqslant 4$.

Литература

1. Рид M., Саймон Б. Методы современной математической физики. Т. 2. Гармонический анализ. Самосопряженность. М.: Мир, 1978.
2. Shen Z. The periodic Schrödinger operators with potentials in the Morrey class // Journal of Functional Analysis. 2002. Vol. 193. No. 2. P. 314-345.
https://doi.org/10.1006/jfan.2001.3933
3. Данилов Л.И. О спектре периодического оператора Шрёдингера с потенциалом из пространства Морри // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. 2012. Вып. 3. С. 25-47.
https://doi.org/10.20537/vm120304
4. Данилов Л.И. О спектре периодического оператора Дирака // Теоретическая и математическая физика. 2000. Т. 124. № 1. С. 3-17.
https://doi.org/10.4213/tmf622
5. Бирман М.Ш., Суслина Т.А. Периодический магнитный гамильтониан с переменной метрикой. Проблема абсолютной непрерывности // Алгебра и анализ. 1999. Т. 11. Вып. 2. С. 1-40.
http://mi.mathnet.ru/aa1046
6. Kuchment P., Levendorskiî S. On the structure of spectra of periodic elliptic operators // Transactions of the American Mathematical Society. 2002. Vol. 354. No. 2. P. 537-569.
https://doi.org/10.1090/s0002-9947-01-02878-1
7. Kuchment P. An overview of periodic elliptic operators // Bulletin of the American Mathematical Society. 2016. Vol. 53. No. 3. P. 343-414.
https://doi.org/10.1090/bull/1528
8. Thomas L.E. Time dependent approach to scattering from impurities in a crystal // Communications in Mathematical Physics. 1973. Vol. 33. P. 335-343.
https://doi.org/10.1007/BF01646745
9. Бирман М.Ш., Суслина Т.А. Абсолютная непрерывность двумерного периодического магнитного гамильтониана с разрывным векторным потенциалом // Алгебра и анализ. 1998. Т. 10. Вып. 4. С. 1-36.
http://mi.mathnet.ru/aa1018
10. Штеренберг Р.Г. Абсолютная непрерывность двумерного магнитного периодического оператора Шрёдингера с электрическим потенциалом типа производной от меры // Записки научных семинаров ПОМИ. 2000. Т. 271. С. 276-312.
http://mi.mathnet.ru/znsl1359
11. Штеренберг Р.Г. Абсолютная непрерывность спектра двумерного периодического оператора Шрёдингера с положительным электрическим потенциалом // Алгебра и анализ. 2001. Т. 13. Вып. 4. С. 196-228.
http://mi.mathnet.ru/aa957
12. Данилов Л.И. О спектре двумерных периодических операторов Шрёдингера и Дирака // Известия Института математики и информатики Удмуртского государственного университета. 2002. Вып. 3 (26). С. 3-98.
http://mi.mathnet.ru/iimi252
13. Данилов Л.И. О спектре двумерного периодического оператора Шрёдингера // Теоретическая и математическая физика. 2003. Т. 134. № 3. С. 447-459.
https://doi.org/10.4213/tmf160
14. Штеренберг Р.Г. Абсолютная непрерывность спектра двумерного периодического оператора Шрёдингера с сильно подчиненным магнитным потенциалом // Записки научных семинаров ПОМИ. 2003. Т. 303. С. 279-320.
http://mi.mathnet.ru/znsl912
15. Данилов Л.И. Об отсутствии собственных значений в спектре двумерных периодических операторов Дирака и Шрёдингера // Известия Института математики и информатики Удмуртского государственного университета. 2004. Вып. 1 (29). С. 49-84.
http://mi.mathnet.ru/iimi235
16. Sobolev A.V. Absolute continuity of the periodic magnetic Schrödinger operator // Inventiones mathematicae. 1999. Vol. 137. No. 1. P. 85-112.
https://doi.org/10.1007/S002220050324
17. Данилов Л.И. Об абсолютной непрерывности спектра периодического оператора Шрёдингера // Математические заметки. 2003. Т. 73. Вып. 1. С. 49-62.
https://doi.org/10.4213/mzm167
18. Danilov L.I. On absolute continuity of the spectrum of a periodic magnetic Schrödinger operator // Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. 2009. Vol. 42. No. 27. 275204.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/42/27/275204
19. Данилов Л.И. Абсолютная непрерывность спектра многомерного периодического магнитного оператора Дирака // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. 2008. Вып. 1. С. 61-96.
https://doi.org/10.20537/vm080105
20. Danilov L.I. On absolute continuity of the spectrum of a d-dimensional periodic magnetic Dirac operator // arXiv: 0805.0399v3 [math-ph]. 2008.
https://arxiv.org/abs/0805.0399v3
21. Shen Z. On absolute continuity of the periodic Schrödinger operators // International Mathematics Research Notices. 2001. Vol. 2001. No. 1. P. 1-31.
https://doi.org/10.1155/S1073792801000010
22. Danilov L.I. On absolute continuity of the spectrum of three- and four-dimensional periodic Schrödinger operators // Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. 2010. Vol. 43. No. 21. 215201.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/43/21/215201
23. Суслина Т.А., Штеренберг Р.Г. Абсолютная непрерывность спектра оператора Шрёдингера с потенциалом, сосредоточенным на периодической системе гиперповерхностей // Алгебра и анализ. 2001. Т. 13. Вып. 5. С. 197-240.
http://mi.mathnet.ru/aa968
24. Качковский И.В. Теорема Стейна-Томаса для тора и периодический оператор Шрёдингера с сингулярным потенциалом // Алгебра и анализ. 2012. Т. 24. Вып. 6. С. 124-138.
http://mi.mathnet.ru/aa1311
25. Качковский И.В. Отсутствие собственных значений в спектре некоторых операторов Шрёдингера с периодическими коэффициентами: автореф. дис. ... кандидата физ.-матем. наук. Санкт-Петербург, 2013. 18 с.
26. Качковский И.В., Филонов Н.Д. Абсолютная непрерывность спектра периодического оператора Шрёдингера в многомерном цилиндре // Алгебра и анализ. 2009. Т. 21. № 1. С. 133-152.
http://mi.mathnet.ru/aa997
27. Качковский И.В., Филонов Н.Д. Aбсолютная непрерывность спектра периодического оператора Шрёдингера в слое и в гладком цилиндре // Записки научных семинаров ПОМИ. 2010. Т. 385. С. 69-82.
http://mi.mathnet.ru/znsl3900
28. Качковский И.В. Отсутствие собственных значений у периодического оператора Шрёдингера с сингулярным потенциалом в прямоугольном цилиндре // Функциональный анализ и его приложения. 2013. Т. 47. Вып. 2. С. 27-37.
https://doi.org/10.4213/faa3107
29. Качковский И.В., Филонов Н.Д. Абсолютная непрерывность спектра периодического оператора Шрёдингера в цилиндре с третьим краевым условием // Функциональный анализ и его приложения. 2020. Т. 54. Вып. 2. С. 48-57.
https://doi.org/10.4213/faa3741
30. Прохоров А.О., Филонов Н.Д. Оператор Максвелла с периодическими коэффициентами в цилиндре // Алгебра и анализ. 2017. Т. 29. Вып. 6. С. 182-196.
http://mi.mathnet.ru/aa1566
31. Frank R.L., Shterenberg R.G. On the spectrum of partially periodic operators // Operator Theory, Analysis and Mathematical Physics. Basel: Birkhäuser, 2007. P. 35-50.
https://doi.org/10.1007/978-3-7643-8135-6_4
32. Филонов Н.Д. Абсолютная непрерывность двумерного оператора Шрёдингера с частично периодическими коэффициентами // Алгебра и анализ. 2017. Т. 29. Вып. 2. С. 220-241.
http://mi.mathnet.ru/aa1540
33. Hoang Vu, Radosz M. Absence of bound states for waveguides in two-dimensional periodic structures // Journal of Mathematical Physics. 2014. Vol. 55. No. 3. 033506.
https://doi.org/10.1063/1.4868480
34. Sobolev A.V., Walthoe J. Absolute continuity in periodic waveguides // Proceedings of the London Mathematical Society. 2002. Vol. 85. Issue 3. P. 717-741.
https://doi.org/10.1112/S0024611502013631
35. Cardone G., Nazarov S.A., Taskinen J. Spectra of open waveguides in periodic media // Journal of Functional Analysis. 2015. Vol. 269. Issue 8. P. 2328-2364.
https://doi.org/10.1016/j.jfa.2015.08.001
36. Exner P., Kovařík H. Quantum waveguides. Berlin: Springer, 2015.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-18576-7
37. Korotyaev E., Saburova N. Schrödinger operators on periodic discrete graphs // Journal of Mathematical Analysis and Applications. 2014. Vol. 420. Issue 1. P. 576-611.
https://doi.org/10.1016/j.jmaa.2014.05.088
38. Коротяев Е.Л., Сабурова Н.Ю. Спектральные оценки для оператора Шрёдингера на периодических дискретных графах // Алгебра и анализ. 2018. Т. 30. Вып. 4. С. 61-106.
http://mi.mathnet.ru/aa1609
39. Exner P., Turek O. High-energy asymptotics of the spectrum of a periodic square lattice quantum graphs // Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. 2010. Vol. 43. No. 47. 474024.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/43/47/474024
40. Гейлер В.А. Двумерный оператор Шрёдингера с однородным магнитным полем и его возмущения периодическими потенциалами нулевого радиуса // Алгебра и анализ. 1991. Т. 3. Вып. 3. С. 1-48.
http://mi.mathnet.ru/aa252
41. Klopp F. Absolute continuity of the spectrum of a Landau Hamiltonian perturbed by a generic periodic potential // Mathematische Annalen. 2010. Vol. 347. No. 3. P. 675-687.
https://doi.org/10.1007/s00208-009-0452-3
42. Данилов Л.И. О спектре двумерного оператора Шрёдингера с однородным магнитным полем и периодическим электрическим потенциалом // Известия Института математики и информатики Удмуртского государственного университета. 2018. Т. 51. С. 3-41.
https://doi.org/10.20537/2226-3594-2018-51-01
43. Данилов Л.И. О спектре гамильтониана Ландау с периодическим электрическим потенциалом // Теоретическая и математическая физика. 2020. Т. 202. № 1. С. 47-65.
https://doi.org/10.4213/tmf9748
44. Данилов Л.И. О спектре гамильтониана Ландау с периодическим электрическим потенциалом $V\in L_{\mathrm{loc}}^p({\mathbb{R}}^2)$, $p>1$ // Известия Института математики и информатики Удмуртского государственного университета. 2020. Т. 55. С. 42-59.
https://doi.org/10.35634/2226-3594-2020-55-04
45. Данилов Л.И. Абсолютная непрерывность спектра трехмерного периодического магнитного оператора Шрёдингера с сингулярным электрическим потенциалом // Математические заметки. 2021. Т. 110. Вып. 4. С. 507-523.
https://doi.org/10.4213/mzm13084
46. Данилов Л.И. Абсолютная непрерывность спектра периодического оператора Дирака // Дифференциальные уравнения. 2000. Т. 36. № 2. С. 233-240.
http://mi.mathnet.ru/de10094
47. Рид M., Саймон Б. Методы современной математической физики. Т. 1. Функциональный анализ. М.: Мир, 1977.
48. Данилов Л.И. Спектр оператора Дирака с периодическим потенциалом. I. / ФТИ УрО РАН. Ижевск, 1991. 35 с. Деп. в ВИНИТИ 12.12.1991, № 4588-В91.
49. Като Т. Теория возмущений линейных операторов. М.: Мир, 1972.
50. Рид M., Саймон Б. Методы современной математической физики. Т. 4. Анализ операторов. М.: Мир, 1982.
51. Чандрасекхаран К. Введение в аналитическую теорию чисел. M.: Мир, 1974.
Поступила в редакцию 2021-05-19
Опубликована 2021-11-20
Выпуск
Раздел
Математика
Страницы
18-47