WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

потенциала). Например, в кластере из 37 частиц в конфи- Затем рассчитывались статистические характеристики гурации, соответствующей глобальному минимуму по- усреднением по 1·106–1·107 шагов Монте-Карло. После тенциальной энергии (табл. 1), распределение частиц по этого следовал дальнейший нагрев с использованием оболочкам получено в соответствии со следующим опре- описанной процедуры. Вычислялись следующие величиделением (см. [21]). Определим оболочку как выпуклый ны: 1) полная потенциальная энергия Upot; 2) радиальные многоугольник из максимально возможного числа ча- среднеквадратичные смещения (РСС): полное и для стиц (внутри которого находится предыдущая оболочка), каждой оболочки отдельно удовлетворяющий правилу: максимальное расстояние от NR 2 частицы данной оболочки до центра системы должно 1 ri - ri r2 =, (3) быть меньше минимального расстояния до центра сиNR i=1 aстемы от частицы соседней, внешней относительно нее оболочки. Тогда мы видим, что в оболочечной структуре где NR — полное число частиц или число частиц в обосуществует дефект, однако частицы в основном образуют лочке, усреднение производится по различным конфитреугольную решетку, поэтому в кластере уже нельзя гурациям Монте-Карло; 3) угловые среднеквадратичные однозначно выделить оболочки. Таким образом, существуют два вида упорядочения: образование треугольной решетки и образование оболочечной структуры, которые конкурируют между собой. Для дипольных кластеров треугольная структура появляется при меньшем N, чем для кулоновских и логарифмических кластеров [17–21].

Данный факт можно объяснить тем, что дипольный потенциал взаимодействия является более близкодействующим. Поскольку правильная треугольная решетка обладает гексагональной симметрией, наблюдаются отклонения формы оболочек от окружностей для N > 30.

Это явление аналогично ”огранке” кристалла. Так, в дипольном кластере некоторые частицы находятся не на границе кластера, а на расстоянии порядка периода решетки от нее.

Из рис. 2 видно, что среднее расстояние между частицами монотонно возрастает при увеличении числа частиц (при N > 3), причем скорость его роста несколько падает с ростом N. Что же касается размера системы, Рис. 4. Полная потенциальная энергия двумерного дипольного кластера Upot как функция температуры. N = 37.

то при общей тенденции его роста нельзя говорить о его Физика твердого тела, 1998, том 40, № 1384 Ю.Е. Лозовик, Е.А. Ракоч Рис. 5. Радиальное (b) и угловое (a, c) смещения как функции температуры для двумерного дипольного кластера. N = 10.

a) УСС внешней оболочки относительно ближайших частиц внутренней оболочки; b) 1 — полное РСС, 2 — РСС внешней оболочки, 3 — РСС внутренней оболочки; c) УСС относительно ближайших частиц своей оболочки: 1 — УСС внешней оболочки, 2 — УСС внутренней оболочки.

Физика твердого тела, 1998, том 40, № Структура и плавление дипольных кластеров смещения (УСС) относительно ближайших частиц своей относительно ближайших частиц своей оболочки также и соседней оболочки испытывают скачок при температуре Tc2. Однако РСС и УСС относительно ближайших частиц своей оболочки NR (i - i1,2)2 - (i -i1,2) для внутренней оболочки не имеют особенностей при 1,2 =, (4) этой температуре. Следовательно, можно считать, что NR i=1 при температуре Tc2 внешняя оболочка ”подстраивается” под внутреннюю, начиная вращаться относительно нее.

где i1 и i2 относятся к ближайшей частице из той же и из соседней оболочки, 20 = — среднее угловое рассто- При этом угловой и радиальный порядок во внешней NR оболочке сильно уменьшается.

яние между соседними частицами для данной оболочки, Значение безразмерного параметра d (табл. 2), при состоящей из NR частиц.

Температурная зависимость РСС для двумерного ди- котором происходит плавление системы (в единицах D = kB = 1), вычисляется по формуле d =.

польного кластера с N = 37 показана на рис. 3, a. Полное 2a3Tc Для N = 37 значение d = 59 не сильно отличается РСС испытывает излом при температуре Tc1 (табл. 2).

от значения d = 62, при котором плавится дипольный Температурные зависимости РСС для каждой оболочки кристалл. Но для N = 10 величина d = 45 меньше, что в отдельности в точности совпадают с температурной зависимостью полного РСС. При той же температу- связано с большой ролью квадратичного удерживающего потенциала для малых N.

ре испытывают излом УСС относительно ближайших Мы нашли потенциальные барьеры вращения оболочастиц своей и соседней оболочек для всех оболочек чек U2 и перескока частицы U1 (с учетом релаксации), (рис. 3, b, c). Следовательно, при температуре Tc1 в кластере из N = 37 частиц происходит фазовый пере- см. [21], в кластерах из 37 и из десяти частиц. Для кластера из 37 частиц ориентационные барьеры больше, ход: система теряет свое упорядоченное строение. При чем радиальный барьер перескока из глобального миниT > Tc1 число частиц в оболочках начинает меняться, оболочки обмениваются частицами, размываются. При мума (1, 7, 13, 16 с треугольной структурой) в локальный (1, 7, 13, 16 с оболочечной структурой), а для кластера T Tc1 уже невозможно выделить какие-либо оболочки.

из десяти частиц ориентационный барьер существенно Частицы движутся хаотически. Из рис. 4 видно, что потенциальная энергия, почти линейно растущая с тем- меньше радиального барьера перескока из глобального минимума (3, 7) в локальный (2, 8), что является наряду пературой, испытывает скачок при T = Tc1. Последнее обстоятельство указывает на то, что при T = Tc1 в с особенностью температурной зависимости внешнего кластере происходит фазовый переход первого рода, как УСС еще одним веским доказательством существования ориентационного плавления в дипольном кластере из и в двумерном дипольном кристалле (см. [14]).

Сценарий плавления двумерного дипольного кластера десяти частиц и его отсутствия в кластере из 37 частиц.

из N = 37 частиц аналогичен плавлению двумерного Из табл. 2 видно, что отношение между потенциальными дипольного кристалла с треугольной решеткой. Однако барьерами вращения и перескока для данного N по поэто несправедливо для микрокластеров, состоящих всего рядку величины равно отношению между температурами U2 Tcиз двух оболочек. Здесь, несмотря на близкодействую- ориентационного и полного плавления, что U1 Tcщий характер дипольного взаимодействия, большую роль позволяет предсказывать возможность ориентационного играет квадратичный удерживающий потенциал: оболоплавления в кластерах с разными N и различными чечная структура конкурирует с треугольной решеткой.

законами взаимодействия.

Плавление двумерного дипольного кластера из десяти Работа поддержана грантами Российского фонда фунчастиц происходит в две стадии.

даментальных исследований, программ ”Физика тверПри температуре Tc1 (табл. 2) происходит полное дотельных наноструктур” и ”Поверхностные атомные плавление кластера, аналогичное описанному выше пластруктуры”.

влению кластера из 37 частиц. Единственным отличием является то, что зависимость потенциальной энергии от температуры почти линейная и не имеет особенностей, Список литературы поэтому ее нельзя использовать для определения темпе[1] В.М. Агранович, Ю.Е. Лозовик. Письма в ЖЭТФ 17, 4, ратуры плавления.

(1973).

Однако УСС внешней оболочки относительно ближай[2] Ю.Е. Лозовик, В.И. Нишанов. ФТТ 18, 11, 3267 (1976).

ших частиц внутренней оболочки впервые испытывает [3] Ю.Е. Лозовик, В.И. Юдсон. Письма в ЖЭТФ 22, 11, резкий скачок при существенно меньшей температуре (1975).

Tc2 (см. табл. 2, рис. 5, a). Следовательно, при тем[4] S.M. Apenko, A.V. Kluchnik, Yu.E. Lozovik. Solid. State пературе Tc2 в кластере из десяти частиц происходит Commun. 36, 6, 485 (1980).

ориентационное плавление. При Tc1 > T > Tc2 обо[5] Б.А. Абдулаев, Ю.Е. Лозовик. ФТТ 24, 9, 2663 (1982).

лочки, будучи внутри упорядоченными (частицы внутри [6] Ю.Е. Лозовик, В.И. Юдсон. ЖЭТФ 71, 2, 738 (1976).

оболочек не меняются местами), начинают вращаться [7] D. Yoshioka, H. Fukuyama. J. Phys. Soc. Jap. 45, 1, относительно друг друга. Из рис. 5, b, c видно, что полное (1978).

РСС, РСС внешней оболочки и УСС внешней оболочки [8] L. Brey. Phys. Rev. Lett. 65, 7, 903 (1990).

Физика твердого тела, 1998, том 40, № 1386 Ю.Е. Лозовик, Е.А. Ракоч [9] D. Yoshioka, A.H. MacDonald. J. Phys. Soc. Jap. 59, 12, (1990).

[10] X.M. Chen, J.J. Quinn. Phys. Rev. Lett. 67, 7, 895 (1991).

[11] Ю.Е. Лозовик, О.Л. Берман. Письма в ЖЭТФ 64, 8, (1996).

[12] A.T. Skjeltorp. Phys. Rev. Lett. 51, 25, 2306 (1983).

[13] R.K. Kalia, P. Vashishta. J. Phys. C14, 22, L643 (1981).

[14] В.М. Беданов, Г.В. Гадияк, Ю.Е. Лозовик. ЖЭТФ 88, 5, 1622 (1985).

[15] Ю.И. Петров. Кластеры и малые частицы. Наука, М.

(1985). С. 386.

[16] Microclusters / Ed. S. Sugano et. al. Springer, Berlin (1987).

[17] Ю.Е. Лозовик. УФН 153, 2, 356 (1990).

[18] Yu.E. Lozovik, V.A. Mandelshtam. Phys. Lett. A145, 5, (1990).

[19] Yu.E. Lozovik, V.A. Mandelshtam. Phys. Lett. A165, 5, (1992).

[20] F.M. Peeters, V.A. Schweigert, V.M. Bedanov. Physica B212, 3, 237 (1995).

[21] Ю.Е. Лозовик, Е.А. Ракоч. Письма в ЖЭТФ 65, 3, (1997).

Физика твердого тела, 1998, том 40, №

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.