Посилення дифузії в недодемпфованих просторово-періодичних системах зовнішніми низькочастотними полями
Анотація
Робота присвячена дослідженню можливості посилення дифузії частинок в періодичних структурах, таких як кристали, за допомогою впливу на них зовнішніми періодичними в часі полями різної природи. В якості таких можуть виступати акустичні або електромагнітні поля. Використана найпростіша одномірна модель руху частинок, що знаходяться в потенційному полі решітці та в тепловій рівновазі з термостатом. В роботі вивчено вплив прямокутного поля з частотами менше 0.01 ω0, де ω0 – частота власних малих коливань частинок у системах із малою дисипацією. Обраний коефіцієнт тертя в безрозмірних одиницях дорівнював γ'=0.03. Вивчена амплітудна залежність посилення дифузії D під впливом полів різної частоти. Показано, що коефіцієнт дифузії може бути посилений на кілька порядків із застосуванням поля відповідної амплітуди і частоти. Найбільше посилення дифузії досягається при ω→0. Максимально досяжне значення коефіцієнта дифузії при періодичному впливі відповідає випадку впливу постійної сили. Однак при низьких частотах максимальне посилення можливо тільки у вузькому діапазоні амплітуд поля F'oc γ'. При подальшому збільшенні амплітуди поля коефіцієнт дифузії зменшується та досягає величини коефіцієнта дифузії частинок у в’язкому середовищі Dvis=k'T'/γ', де k' – коефіцієнт Больцмана, а T' – температура. Збільшення частоти зовнішнього впливу призводить до розширення інтервалу сил, при яких D>Dvis, однак величина посилення дифузії зменшується. Показано, що при перевищенні деякого порогового значення амплітуди зовнішнього поля спостерігається посилення коефіцієнта дифузії як мінімум на значення η=(k'T'eε/k'T')/(γ"D0), де ε – величина енергетичного бар’єра при переході частинки з однієї комірки одновимірної решітки в іншу. Отримані результати відкривають перспективи створення нових технологій управління процесами дифузії. Це має велике значення для отримання наноматеріалів із заданою структурою, створення поверхневих наноструктур і т.п.
Завантаження
Посилання
H.J. Frost, M. F. Ashby, Deformation-mechanism maps: the plasticity and creep of metals and ceramics (Pergamon press, Oxford, 1982) p. 165.
P. Tierno, T. Reimann, H. Johansen, and F. Sagués, Phys. Rev. Lett. 105, 230602 (2010), https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.105.230602
S.H. Lee, and D. G. Grier, Phys. Rev. Lett. 96, 190601 (2006), https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.96.190601
G. Costantini, and F. Marchesoni, Europhys. Lett. 48, 491 (1999), https://doi.org/10.1209/epl/i1999-00510-7
P. Reimann, C. Van den Broeck, H. Linke, P. Hänggi, J.M. Rubí, and A. Pérez-Madrid, Phys. Rev. E65, 031104 (2002), https://doi.org/10.1103/PhysRevE.65.031104
I.G. Marchenko, and I.I. Marchenko, Europhys. Lett. 100, 5005 (2012), https://doi.org/10.1134/S0021364012030083
I.G. Marchenko, I.I. Marchenko, and V.I. Tkachenko, JETP Letters 106(4), 242 (2017), https://doi.org/10.1134/S002136401716010X
I.G. Marchenko, I.I. Marchenko, and V.I. Tkachenko, JETP Letters 109(1), 671 (2019), https://doi.org/10.1134/S0021364019100126
D. Speer, R. Eichhorn, and P. Reimann, Europhys. Lett. 97, 60004 (2012), https://iopscience.iop.org/article/10.1209/0295-5075/97/60004
I.G. Marchenko, I.I. Marchenko, and A.V. Zhiglo, Phys. Rev. E97, 012121 (2018), https://doi.org/10.1103/PhysRevE.97.012121
J. Spiechowicz, and J. Łuczka, Phys. Rev. E101, 032123 (2020), https://doi.org/10.1103/PhysRevE.101.032123
H. Risken, The Fokker-Planck Equation and Methods of Solution and Applications (Springer, 1989), pp. 485, https://doi.org/10.1007/978-3-642-61544-3
I.G. Marchenko, I.I. Marchenko, and A.V. Zhiglo, Europ. Phys. B87, 10 (2014),https://doi.org/10.1140/epjb/e2013-40866-7
I.G. Marchenko, and I.I. Marchenko, JETP Letters, 95(3), 137 (2012), https://doi.org/10.1134/S0021364012030083
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).