МОДЕЛИ СЛУЧАЙНОГО ПИННИНГА: ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ПАРАМАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ Текст научной статьи по специальности «Физика»

Физика Водных Растворов

Приглашенный доклад

МОДЕЛИ СЛУЧАЙНОГО ПИННИНГА: ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ПАРАМАГНИТНЫХ

НАНОЧАСТИЦ

Известно, что магнитные и электрические конически-вращающиеся поля способны индуцировать сложные многомасштабные взаимодействия в двумерных (2d) коллоидных системах [1]. Было показано, что один из параметров потенциала - угол прецессии поля - кардинальным образом влияет на характер взаимодействия частиц и на фазовую диаграмму. Так, при малых углах система ведет себя подобно двумерной системе с чисто отталки-вательным потенциалом мягких дисков. При больших углах - подобно обобщенной системе Леннард-Джонса с (пт)-потенциалом [2]. При средних углах прецессии поля - подобно системе с потенциалом с отрицательной кривизной с двумя масштабами длин. В экспериментах для создания 2d коллоидной системы обычно используется водный раствор коллоидных частиц, заключённый между двумя стеклянными пластинами. В случае, если расстояние между пластинами сравнимо с размером коллоидов, систему можно считать эффективно двумерной. В такой системе большое значение приобретают дефекты пластин, например, их шероховатость. Эти дефекты могут становиться центрами пиннинга, то есть, являться точками, к которым сильно притягиваются коллоидные частицы. Беспорядок может влиять на сценарии кристаллизации/плавления 2d систем. Так, в отличие от трехмерного случая, где плавление всегда происходит посредством стандартного перехода первого рода, для микроскопического описания 2d плавления известны три сценария [3]: (i) теория Березинского-Костерлица-Та-улесса-Хальперина-Нельсона-Янга (БКТХНЯ), в рамках которой 2d плавление происходит посредством двух непрерывных переходов с промежуточной гексатической фазой; (ii) плавление посредством перехода первого рода, например, в результате диссоциации дисклинационнных квадруполей; (iii) сценарий плавления, предложенный Бернардом и Краусом (БК): переход твердое тело - гексатическая фаза происходит посредством непрерывного перехода типа Березинского-Костерлица-Таулеса (БКТ), а переход гексатическая фаза - изотропная жидкость - посредством перехода первого рода.

В работе представлены результаты компьютерного моделирования для трех моделей случайного пиннинга. В случае замороженного беспорядка, вызванного закреплением в регулярных узлах 2d решетки, твердая фаза стабилизируется, тогда как закрепление в случайных местах (междоузлиях) дестабилизирует кристалл. В этом случае трансляционный порядок разрушается, что приводит к расширению области существования ориентационно упорядоченной жидкости (гексатической фазы) и возможности исследования ее свойств. Такая модель пиннинга может привести к смене сценария плавления от перехода первого рода изотропная жидкость - кристалл к сценарию по БК с участием гексатической фазы. И, наконец, третья модель - Гауссовский пиннинг - в зависимости от глубины ямки может превращать сценарий типа БК в БКТХНЯ [4]. В качестве примера обсуждаются системы с пиннингом: с потенциалом мягких дисков для n=12; с потенциалом с отрицательной кривизной с шириной ступеньки 1.35; модельная система с деформируемым потенциалом, применяемым для описания поведения коллоидов - потенциалом Герца с а=5/2; система с потенциалом Леннард-Джонса.

Литература:

[1] K. A. Komarov, S. O. Yurchenko, Colloids in rotating electric and magnetic fields: designing tunable interactions with spatial field hodographs, Soft Matter, 16, 8155-8168 (2020).

[2] E. N. Tsiok, Y. D. Fomin, E. A. Gaiduk, E. E. Tareyeva, V. N. Ryzhov, P. A. Libet, N. A. Dmitryuk, N. P. Kryuchkov, S. O. Yurchenko, The role of attraction in the phase diagrams and melting scenarios of generalized 2D Lennard-Jones systems, J. Chem. Phys., 156, 114703 (2022).

[3] В. Н. Рыжов, Е. А. Гайдук, Е. Е. Тареева, Ю. Д. Фомин, Е. Н. Циок, Сценарии плавления двумерных систем - возможности компьютерного моделирования, ЖЭТФ, 164, 143-171 (2023).

[4] Yu. D. Fomin, Eu. A. Gaiduk, E. N. Tsiok, and V. N. Ryzhov, The influence of Gaussian pinning on the melting scenario of a two-dimensional soft-disk system: First-order versus continuous transition, Physica A, 644, 129841 (2024).

Циок Е.Н., Фомин Ю.Д., Тареева Е.Е., Рыжов В.Н.

Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН г. Москва, г. Троицк, Калужское шоссе, стр. 14 e-ma.il: [email protected]