PARTICLE DIFFUSION ACCELERATION IN SPATIALLY PERIODIC STRUCTURES EXPOSED TO RECTANGULAR TIME-PERIODIC FIELDS
Анотація
This scientific paper studies the abnormal diffusion of particles in spatially periodic structures exposed to the action of time –periodic rectangular fields. A choice of such a type of the field is related to the need of finding out physical reasons for an increase in the diffusion coefficient at different field amplitudes. As for the impact on the diffusion coefficient the entire eventual amplitude range was divided into three domains whose functional behavior of the diffusion coefficient differs with a change in temperature. It has been shown that the maximum increase in the diffusion can be reached only in the narrow amplitude range of the external periodic force defined by system dissipative properties. This range shows abnormal temperature relationship of the diffusion coefficient, in particular its exponential growth with a drop in temperature. A physical reason for such an abnormal increase in diffusion can be the availability of two populations of particles: “localized” and “running”. An optimal choice of the amplitude of the external field provides long jumps of running particles in comparison with localized ones. The amplification ratio of the diffusion can significantly be changed through the variation of the frequency and amplitude of the external field. This offers the challenge for new technological applications of studied effects.
Завантаження
Посилання
Costantini G., Marchesoni F. Threshold diffusion in a tilted washboard potential // Europhys. Lett. – 1999. – Vol.48. – P.491.
Hänggi P., Marchesoni F. Artificial Brownian motors: Controlling transport on the nanoscale // Rev. Mod. Phys. – 2009. – Vol. 81. – P. 337–442.
Sancho J.M., Lacasta A.M. The rich phenomenology of Brownian particles in nonlinear potential landscapes // Eur. Phys. J. Special Topics. – 2010.– Vol. 187.– P. 49–62.
Lacasta A.M., Sancho J.M., Romero A.H., Sokolov I.M., Lindenberg K. From subdiffusion to superdiffusion of particles on solid surfaces // Phys. Rev. – 2004. – Vol. E70. – P. 051104.
Risken H. The Fokker-Planck Equation and Methods of Solution and Applications (Springer) 1989.
Marchenko I.G., Marchenko I.I. Diffusion in the systems with low dissipation: Exponential growth with temperature drop // Europhisics Letters. – 2012. – Vol. 100. – P. 5005.
Marchenko I.G., Marchenko I.I. Anomalous temperature dependence of diffusion in crystals in time-periodic external fields // JETP Letters. – 2012. – Vol. 95, No. 3. – P. 137–142.
Lindenberg K., Sancho J.M., Lacasta A. M., Sokolov I.M. Dispersionless Transport in a Washboard Potential // Phys. Rev. Let. – 2007. – Vol. 98. – P. 020602. (4 pp.)
Кузнецов Д.Ф. Стохастические дифференциальные уравнения: теория и практика численного решения.– Санкт–Петербург: Из–во Политех. ун–та, 2007. – 800 c.
Sancho J.M., Lacasta A.M., Lindenberg K., Sokolov I.M., Romero A.H. Diffusion on a Solid Surface: Anomalous is Normal // Phys. Rev. Let. – 2004. – Vol. 92. – P. 250601. (4 pp.)
Siegle P., Goychuk I., Hanggi P. Origin of Hyperdiffusion in Generalized Brownian Motion // Phys. Rev. Lett. – 2010. –
Vol.105. – P.100602 (4 pp.)
Зеленый Л.М., Милованов А.В. Фрактальная топология и странная кинетика: от теории перколяции к проблемам
космической электродинамики // УФН. – 2004. – Т. 174. – No.8. – С. 809–852.
Marchenko I.G., Marchenko I.I. Abnormal surface diffusion of particles under the action of an external time-periodic force // Journal of Physics: Conf. Ser.– 2014.– Vol. 514. – P. 012045 (1–5).
Marchenko I.G., Marchenko I.I. Particle transport in space-periodic potentials in under-damped systems// European Physical Journal B. – 2014.– Vol. 87.– P. 10 (7 pp.).
Bruch L.W., Diehl R.D., Venables J.A. Progress in the measurement and modeling of physisorbed layers // Rev. Mod. Phys.– 2007.– Vol. 79.– P. 1381– 1454.
Krim J. Friction and energy dissipation mechanisms in adsorbed molecules and molecularly thin films // Advances in Physics.– 2012.– Vol. 61. – No. 3.– P. 155–323.
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).
