Фазовая диаграмма решеточного флюида с SRLA-потенциалом на плоской треугольной решетке

  • Ярослав Геннадьевич Грода Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0003-4470-8388
  • Вера Сергеевна Гришина Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-9652-5439
  • Алина Цях Институт физической химии Академии наук Польши, ул. Каспржака, 44/52, 01-224, г. Варшава, Польша
  • Вячеслав Степанович Вихренко Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-1619-4845
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2019-3-81-91

Аннотация

Исследован решеточный флюид с отталкиванием ближайших и притяжением третьих соседей на треугольной решетке. Установлена возможность существования в системе двух типов упорядоченных фаз. Для локализации точек фазовых переходов введен геометрический параметр порядка, основанный на разбиении исходной решетки на систему четырех одинаковых треугольных подрешеток. С его помощью определено критическое значение параметра взаимодействия и построена фазовая диаграмма системы. Исследована зависимость критического параметра модели от отношения интенсивностей конкурирующих взаимодействий. Данные моделирования химического потенциала сопоставлены с результатами квазихимического приближения. Показано, что квазихимическое приближение позволяет адекватно оценивать равновесные свойства модели в пределах области его применимости.

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

Вера Сергеевна Гришина, Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006, г. Минск, Беларусь

аспирантка кафедры механики и конструирования факультета химической технологии и техники. Научный руководитель – В. С. Вихренко

Алина Цях, Институт физической химии Академии наук Польши, ул. Каспржака, 44/52, 01-224, г. Варшава, Польша

доктор наук, профессор; профессор лаборатории сложных систем и химической обработки информации

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

Литература

  1. Rey M, Fernandez-Rodriguez MA, Steinacher M, Scheidegger L, Geisel K, Richtering W, et al. Isostructural solid – solid phase transition in monolayers of soft core – shell particles at fluid interfaces: structure and mechanics. Soft Matter. 2016;12(15):3545–3557. DOI: 10.1039/C5SM03062E.
  2. Vasudevan SA, Rauh A, Kroger M, Karg M, Isa L. Dynamics and wetting behavior of core – shell soft particles at a fluid – fluid interface. Langmuir. 2018;34(50):15370 –15382. DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b03048.
  3. Yunker PJ, Chen K, Gratale MD, Lohr MA, Still T, Yodh AG. Physics in ordered and disordered colloidal matter composed of poly(N-isopropylacrylamide) microgel particles. Reports on Progress in Physics. 2014;77(5):056601. DOI: 10.1088/0034-4885/77/5/056601.
  4. Plamper FA, Richtering W. Functional microgels and microgel systems. Accounts of Chemical Research. 2017;50:131–140. DOI: 10.1021/acs.accounts.6b00544.
  5. Vogel N, Fernandez-Lopez C, Perez-Juste J, Liz-Marzan LM, Landfester K, Weiss CK. Ordered arrays of gold nanostructures from interfacially assembled Au@PNIPAM hybrid nanoparticles. Langmuir. 2012;28(24):8985–8993. DOI: 10.1021/la2051299.
  6. Nazli KO, Pester C, Konradi A, Boker A, van Rijn P. Cross-linking density and temperature effects on the self-assembly of SiO2-PNIPAAm core-shell particles at interfaces. Chemistry. 2013;19(18):5586 –5594. DOI: 10.1002/chem.201203900.
  7. Geisel K, Rudov AA, Potemkin II, Richtering W. Hollow and core-shell microgels at oil-water interfaces: spreading of soft particles reduces the compressibility of the monolayer. Langmuir. 2015;31(48):13145–13154. DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b03530.
  8. Rauh A, Rey M, Barbera L, Zanini M, Karg M, Isa L. Compression of hard core – soft shell nanoparticles at liquid – liquid interfaces: influence of the shell thickness. Soft Matter. 2017;13(1):158 –169. DOI: 10.1039/C6SM01020B.
  9. Pinaud F, Geisel K, Masse P, Catargi B, Isa L, Richtering W, et al. Adsorption of microgels at an oil – water interface: correlation between packing and 2D elasticity. Soft Matter. 2014;10(36):6963–6974. DOI: 10.1039/c4sm00562g.
  10. Isa L, Kumar K, Muller M, Grolig J, Textor M, Reimhult E. Particle lithography from colloidal self-assembly at liquid – liquid interfaces. Nano. 2010;4(10):5665–5670. DOI: 10.1021/nn101260f.
  11. Geisel K, Richteringa W, Isa L. Highly ordered 2D microgel arrays: compression versus self-assembly. Soft Matter. 2014;10(40):7968–7976. DOI: 10.1039/c4sm01166j.
  12. Ciach A, Pekalski J. Exactly solvable model for self-assembly of hard core – soft shell particles at interfaces. Soft Matter. 2017;13(14):2603–2608. DOI: 10.1039/c7sm00191f.
  13. Sear RP, Gelbart WM. Microphase separation versus the vapor-liquid transition in systems of spherical particles. Journal of Chemical Physics. 1999;110:4582– 4588. DOI: 10.1063/1.478338.
  14. Imperio A, Reatto L. A bidimensional fluid system with competing interactions: spontaneous and induced pattern formation. Journal of Physics: Condensed Matter. 2004;16(38):S3769–S3789. DOI: 10.1088/0953-8984/16/38/001.
  15. Ciach A, Gozdz WT. Mesoscopic description of network-forming clusters of weakly charged colloids. Condensed Matter Physics. 2010;13(2):23603. DOI: 10.5488/CMP.13.23603.
  16. 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(11):114701. DOI: 10.1063/1.4868001.
  17. 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(16):164708. DOI: 10.1063/1.4871901.
  18. Uebing C, Gomer R. A Monte Carlo study of surface diffusion coefficients in the presence of adsorbate-adsorbate interactions. Journal of Chemical Physics. 1991;95:7626 –7652. DOI: 10.1063/1.461817.
  19. 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.
  20. 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.
  21. Groda YaG, Vikhrenko VS, di Caprio D. Lattice fluid with attractive interaction between nearest neighbors and repulsive interaction between next-next-nearest neighbors on simple cubic lattice. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2019;2:84 – 95. Russian. DOI: 10.33581/2520-2243-2019-2-84-95.
  22. Kirkpatric S, Gellat CD, Vicci MP. Optimization by simulated annealing. Science [Internet; cited 2019 June 11];1983;220:671– 688. Available from: https://www.jstor.org/stable/1690046.
  23. Zhou E, Chen X. Sequential Monte Carlo simulated annealing. Journal of Global Optimization. 2013;55(1):101–124. DOI: 10.1007/s10898-011-9838-3.
  24. 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.
  25. 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.
  26. Luijten E. Introduction to cluster Monte Carlo algorithms. In: Ferrario M, Ciccotti G, Binder K, editors. Computer Simulations in Condensed Matter Systems: From Materials to Chemical Biology. Berlin: Springer; 2006. p. 13–38. (Lecture Notes in Physics; volume 703). DOI: 10.1007/3-540-35273-2_1.
Опубликован
2019-10-05
Ключевые слова: решеточный флюид, треугольная решетка, конкурирующие взаимодействия, SRLA-потенциал, алгоритм Монте-Карло, параметр порядка, критический параметр, фазовая диаграмма
Поддерживающие организации Публикация содержит результаты исследований, выполненных при грантовой поддержке научной программы Евросоюза «Horizon-2020» (проект AMD-734276-CONIN) и Министерства образования Республики Беларусь.
Как цитировать
Грода, Я. Г., Гришина, В. С., Цях, А., & Вихренко , В. С. (2019). Фазовая диаграмма решеточного флюида с SRLA-потенциалом на плоской треугольной решетке. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 81-91. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2019-3-81-91
Выпуск
№ 3 (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).