Посилення дифузії в недодемпфованих просторово-періодичних системах зовнішніми низькочастотними полями

  • Іван Г. Марченко Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, м. Харків , Україна https://orcid.org/0000-0003-4231-7463
  • Вікторія Ю. Аксенова Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-4231-7463
  • Ігор І. Марченко НТУ «Харківский політехнічний інститут, м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-3071-9169
Ключові слова: броунівський рух, дифузія, комп’ютерне моделювання, кристали, періодичні поля, рівняння Ланжевена

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

##plugins.generic.usageStats.noStats##

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

Опубліковано
2021-09-28
Цитовано
Як цитувати
Марченко, І. Г., Аксенова, В. Ю., & Марченко, І. І. (2021). Посилення дифузії в недодемпфованих просторово-періодичних системах зовнішніми низькочастотними полями. Східно-європейський фізичний журнал, (3), 25-29. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-3-03