CC BY
4Водоподобные аномалии двумерной жидкости в системе
дисков Герца
Е. Гайдук, Ю. Фомин, Е. Циок, В. Рыжов
Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН, 108840, г. Москва, г. Троицк,
Калужское шоссе, стр. 14
elena. tsiok@gmail.com
Хорошо известно, что двумерные системы с потенциалом межчастичного взаимодействия вида U(r) = (1 - r/o)a, г < о (потенциал Герца) обладают разнообразием кристаллических фаз при небольших значениях параметра a [1, 2]. Для таких систем характерны многочисленные максимумы и минимумы на кривой плавления, смена сценариев двумерного плавления, структурные переходы между разными типами кристаллических решеток, существование устойчивых квазикристаллических фаз, возвратное плавление, аномалии плотности, диффузии, которые наблюдаются в воде [3, 4]. C увеличением параметра a уменьшается разнообразие кристаллических фаз, и далее, со значения a ~ 3, единственной устойчивой двумерной кристаллической решеткой является треугольная (гексагональная), однако несмотря на это, максимумы на кривой плавления сохраняются.
В данной работе методом молекулярной динамики изучено аномальное поведение двумерной системы дисков Герца с показателем a = 7/2. Фазовая диаграмма этой системы представляет собой линию плавления треугольного кристалла с несколькими максимумами и минимумами [5]. В областях с отрицательным наклоном линии плавления треугольный кристалл плавится посредством двух непрерывных переходов с промежуточной гексатической фазой, согласно теории Березинского-Костерлица-Таулесса-Хальперина-Нельсона-Янга [5, 6]. В областях возвратного плавления были обнаружены водоподобные аномалии плотности и диффузии. Причем, аномалия плотности наблюдалась не только в жидкой и гексатической, но и в твердой фазе. Вычисления фононных спектров продольных и поперечных мод обнаружили отрицательную зависимость частоты поперечных мод от плотности вдоль всех направлений в областях с аномалией плотности. Это указывает на связь аномалии плотности с поперечными колебаниями кристаллической решетки. Области аномалий плотности и диффузии были нанесены на фазовую диаграмму. Было обнаружено, что области стабильности аномальной диффузии простираются до температур, значительно превышающих максимальную температуру плавления треугольного кристалла T=0.0058. Результаты работы были опубликованы в [7].
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 19-12-00092, https://rscf.ru/project/19-12-00092/.
[1] M. Zu, P. Tan, N. Xu, Forming quasicrystals by monodisperse soft core particles, Nat. Comm., 8, 2089 (2017).
[2] L. Miller, A. Cacciuto, Two-dimensional packing of soft particles and the soft generalized Thomson problem, Soft Matter, 7, 7552-7559 (2011).
[3] Yu. Fomin, E. Gaiduk, E. Tsiok, V. Ryzhov, The phase diagram and melting scenarios of two-dimensional Hertzian spheres, Molecular Physics, 116, 3258-3270 (2018).
[4]. В. Рыжов, Е. Тареева, Ю. Фомин, Е. Циок, Сложные фазовые диаграммы систем с изотропными потенциалами: результаты компьютерного моделирования, УФН, 190, 449-473 (2020).
[5] E. Tsiok, E. Gaiduk, Yu. Fomin, V. Ryzhov, Melting scenarios of two-dimensional Hertzian spheres with a single triangular lattice, Soft Matter, 16, 3962-3972 (2020).
[6] В. Н. Рыжов, Е. Е. Тареева, Ю. Д. Фомин, Е. Н. Циок, Переход Березинского - Костерлица - Таулеса и двумерное плавление, УФН, 187, 9, 921-951 (2017).
[7] Eu. A. Gaiduk, Yu. D. Fomin, E. N. Tsiok, and V. N. Ryzhov, Anomalous behavior of a two-dimensional Hertzian disk system, PHYSICAL REVIEW E 106, 024602 (2022).
