CC BY
1Физика Водных Растворов
Приглашенный доклад
ПЕРЕХОД СТЕКЛО-СТЕКЛО В МОДЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ, ОПИСЫВАЮЩЕЙ ВОДОПОДОБНЫЕ АНОМАЛИИ, В ДВУХ
Институт физики высоких давлений РАН, 108840 г. Москва, г. Троицк, Калужское шоссе 14
е-mail: [email protected]
Вода - самая распространенная жидкость на Земле, а также вещество с наибольшим количеством аномалий в термодинамических, динамических и структурных свойствах. Вода необходима для жизни и, следовательно, является важнейшим объектом для современных исследований в области химической физики и физической химии. Несмотря на свою простоту в жидком состоянии, она имеет чрезвычайно богатую фазовую диаграмму, на которой представлены различные типы льдов, аморфные фазы и термодинамические аномалии, а также гипотетическая критическая точка перехода жидкость-жидкость, которая используется для объяснения наблюдаемого аномального поведения [1]. Большой интерес представляет изучение поведения воды в конфайнменте (ограниченной геометрии) для биологии, геологии и других областей, где свойства материала сильно зависят от поведения воды в щелях, порах и т.д. В связи с этим актуальным является описание поведения воды не только в трех, но и в двух измерениях.
Теоретическое описание воды использует различные подходы, включающие первопринципное моделирование с использованием машинного обучения, методы молекулярной динамики с использованием полуфеноменологических потенциалов (SPC/E, TIP4P/2005 и т.д.) [1]. В то же время для качественного понимания поведения воды используются простые феноменологические потенциалы, характеризуемые наличием двух масштабов (так называемые core softened potentials) [1-6]. Оказалось, что в системе, описываемой подобными потенциалами, наблюдается целый ряд необычных явлений, включая максимумы на кривой плавления, структурные переходы в твердой фазе, термодинамические аномалии, подобные наблюдаемым в воде [2-4]. Наличие двух пространственных масштабов приводит к квазибинарному поведению - в зависимости от термодинамических параметров система может рассматриваться как состоящая из смеси двух типов частиц, соответствующих каждому из пространственных масштабов. Бинарные системы имеют тенденцию к формированию стекла [2-6]. При этом в зависимости от соотношения пространственных масштабов в системе может формироваться два типа стекла с переходом между этими стеклами. Этот переход был рассмотрен в данном докладе в рамках приближения связанных мод для двух и трех измерений, а также методами компьютерного моделирования [2-6]. Характерной чертой полученных решений является наличие областей возвратного перехода в стекло, когда при увеличении плотности система сначала стеклуется, затем стекло переходит в жидкость, а после этого система снова стеклуется.
Литература:
[1] Paola Gallo et al, Water: A Tale of Two Liquids, Chem. Rev. 116, 7463-7500 (2016).
[2] Yu. D. Fomin, N. V. Gribova, V. N. Ryzhov, S. M. Stishov, and Daan Frenkel, Quasibinary amorphous phase in a three-dimensional system of particles with repulsive-shoulder interactions, J. Chem. Phys. 129, 064512 (2008).
[3] R. E. Ryltsev, N. M. Chtchelkatchev, and V. N. Ryzhov, Superfragile glassy dynamics of one component system with isotropic potential: competition of diffusion and frustration, Phys. Rev. Lett. 110, 025701 (2013).
[4] В. Н. Рыжов, Е. Е. Тареева, Ю. Д. Фомин, Е. Н. Циок, Сложные фазовые диаграммы систем с изотропными потенциалами: результаты компьютерного моделирования, УФН 190, №5, 449-473 (2020).
[5] В. Н. Рыжов, Е. Е. Тареева, Ю. Д. Фомин, Особенность типа "ласточкин хвост" и переход стекло-стекло в системе коллапсирующих твердых сфер, ТМФ 167, 284 (2011).
[6] Y. D. Fomin, E. N. Tsiok, V. N. Ryzhov. Glass transition in a two-dimensional core softened system. RENSIT 12(1), 161-166 (2020).
И ТРЕХ ИЗМЕРЕНИЯХ
Рыжов В.Н., Тареева Е.Е., Фомин Ю.Д., Циок Е.Н.
