Решеточный флюид с притяжением ближайших и отталкиванием третьих соседей на простой кубической решетке

  • Ярослав Геннадьевич Грода Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Вячеслав Степанович Вихренко Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Дунг ди Каприо Национальная высшая школа химии Парижа, ул. Пьера и Марии Кюри, 11, 75005, г. Париж, Франция https://orcid.org/0000-0001-6239-7427
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2019-2-84-95

Аннотация

Исследован решеточный флюид с притяжением ближайших и отталкиванием третьих соседей на простой кубической решетке. Показано, что конкурирующие взаимодействия приводят к фазовым переходам типа порядок – беспорядок. Для локализации точек фазовых переходов второго рода введен геометрический параметр порядка, с его помощью установлено критическое значение параметра взаимодействия и построена фазовая диаграмма системы. Для аналитической оценки равновесных параметров системы предложено аналитическое квазихимическое приближение. Химический потенциал, термодинамический фактор и корреляционные функции определены как в рамках развитого приближенного подхода, так и в результате моделирования решеточной системы по методу Монте-Карло. Полученная зависимость термодинамического фактора системы от концентрации свидетельствует о сильном подавлении флуктуаций, характерном для упорядоченного состояния. В свою очередь, сложный характер зависимости корреляционных функций, отражающих структурные особенности системы, от концентрации демонстрирует большое значение конкурирующих взаимодействий. Предложенный аналитический подход позволяет правильно описать качественные особенности структурных свойств систем с конкурирующими взаимодействиями и может быть использован для количественной оценки термодинамических характеристик этих систем.

Биографии авторов

Ярослав Геннадьевич Грода, Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры механики и конструирования факультета химической технологии и техники

Вячеслав Степанович Вихренко, Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; профессор кафедры механики и конструирования факультета химической технологии и техники

Дунг ди Каприо, Национальная высшая школа химии Парижа, ул. Пьера и Марии Кюри, 11, 75005, г. Париж, Франция

доктор наук (физика); научный сотрудник

Литература

  1. Stradner A, Sedgwick H, Cardinaux F, Poon WCK, Egelhaaf SU, Schurtenberger P. Equilibrium cluster formation in concentrated protein solutions and colloids. Nature. 2004;432:492– 495. DOI: 10.1038/Nature03109.
  2. Khaldoun A, Moller P, Fall A, Wegdam G, De Leeuw B, Méheust Y, et al. Quick clay and landslides of clayey soils. Physical Review Letters. 2009;103(18):188301. DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.188301.
  3. Meyra AG, Zarragoicoechea GJ, Kuz VA. Self-organization of plants in a dryland ecosystem: Symme-try breaking and critical cluster size. Physical Review E. 2015;91(5):052810. DOI: 10.1103/PhysRevE.91.052810.
  4. Archer AJ, Pini D, Evans R, Reatto L. Model colloidal fluid with competing interactions: Bulk and interfacial properties. Journal of Chemical Physics. 2007;126(1):014104. DOI: 10.1063/1.2405355.
  5. Pini D, Jialin G, Parola A, Reatto L. Enhanced density fluctuations in fluid systems with competing interactions. Chemical Physics Letters. 2000;327(3):209–215. DOI: 10.1016/S0009-2614(00)00763-6.
  6. Pekalski J, Ciach A, Almarza NG. Periodic ordering of clusters and stripes in a two-dimensional lattice model. I. Ground state, mean-field phase diagram and structure of the disordered phases. Journal of Chemical Physics. 2014;140:114701. DOI: 10.1063/1.4868001.
  7. Almarza NG, Pekalski J, Ciach A. Periodic ordering of clusters and stripes in a two-dimensional lattice model. II. Results of Monte Carlo simulation. Journal of Chemical Physics. 2014;140:164708. DOI: 10.1063/1.4871901.
  8. Groda YaG, Bildanau EE, Gapanjuk DV. Critical parameter of the lattice fluid with SALR-potential on the simple square lattice. Trudy BGTU. Seriya 3. Fiziko-matematicheskie nauki i informatika [Internet]. 2018 [cited 2019 January 27];1(206):24 –28. Available from: elib.belstu.by/handle/123456789/25356. Russian.
  9. Groda YaG, Vikhrenko VS, di Caprio D. Equilibrium properties of the lattice system with SALR interaction potential on a square lattice: quasi-chemical approximation versus Monte Carlo simulation. Condensed Matter Physics. 2018;21(4):43002. DOI: 10.5488/CMP.21.43002.
  10. Uebing C, Gomer RA. Monte Carlo study of surface diffusion coefficients in the presence of adsorbate-adsorbate interactions. III. Repulsive nearest‐neighbor and attractive next‐nearest‐neighbor interactions. Journal of Chemical Physics. 1991;95(10):7626 –7652. DOI: 10.1063/1.461817.
  11. Binder K, Landau DP. Phase diagrams and critical behavior in Ising square lattices with nearest- and next-nearest-neighbor interactions. Physical Review B. 1980;21(5):1941–1963. DOI: 10.1103/PhysRevB.21.1941.
  12. Groda YaG, Argyrakis P, Bokun GS, Vikhrenko VS. SCDA for 3D lattice gases with repulsive interaction. The European Physical Journal B. 2003;32(4):527–535. DOI: 10.1140/epjb/e2003-00118-3.
  13. Vikhrenko VS, Groda YaG, Bokun GS. Ravnovesnye i diffuzionnye kharakteristiki interkalyatsionnykh sistem na osnove reshetochnykh modelei [Internet]. Minsk: Belarusian State Technological University; 2008 [cited 2018 September 14]. 326 p. Available from: elib.belstu.by/handle/123456789/2716. Russian.
  14. Groda YaG, Lasovsky RN, Vikhrenko VS. Equilibrium and diffusional properties of two-level lattice systems: quasichemical and diagram approximation versus Monte Carlo simulation results. Solid State Ionics. 2005;176(19–22):1675–1680. DOI: 10.1016/j.ssi.2005.04.016.
  15. Bokun GS, Groda YaG, Belov VV, Uebing C, Vikhrenko VS. The self-consistent diagram approximation for lattice systems. European Physical Journal B. 2000;15(2):297–304. DOI: 10.1007/s100510051128.
  16. Bokun GS, Groda YaG, Uebing C, Vikhrenko VS. Statistical-mechanical description of diffusion in interacting lattice gases. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2001;296(1–2):83–105. DOI: 10.1016/S0378-4371(01)00163-7.
Опубликован
2019-05-20
Ключевые слова: решеточный флюид, простая кубическая решетка, конкурирующие взаимодействия, SALR-потенциал, параметр порядка, алгоритм Монте-Карло, критический параметр, фазовая диаграмма, квазихимическое приближение
Поддерживающие организации Исследования выполнены при грантовой поддержке научной программы Евросоюза «Горизонт-2020» (проект AMD-734276-CONIN), а также Института ядерных проблем Белорусского государственного университета (договор № 209/103) и Министерства образования Республики Беларусь.
Как цитировать
Грода, Я. Г., Вихренко, В. С., & ди Каприо, Д. (2019). Решеточный флюид с притяжением ближайших и отталкиванием третьих соседей на простой кубической решетке. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 84-95. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2019-2-84-95
Выпуск
№ 2 (2019): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика конденсированного состояния

Copyright (c) 2019 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).