Регистрация / Вход
Прислать материал

Дискретные бризеры в кристаллах

Сведения об участнике
ФИО
Чередниченко Антон Иванович
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет имени В.М. Шукшина"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Физика и астрономия
Раздел области наук
Физика конденсированных сред. Физическое материаловедение
Тема
Дискретные бризеры в кристаллах
Резюме
В данной работе были изучены свойства дискретных бризеров в моноатомных кристаллах и в кристаллах стехиометрии AB и A3B. Методом молекулярной динамики в ГЦК кристалле Pd был получен дискретный бризер с жестким типом нелинейности, изучены характеристики дискретного бризера, приведена зависимость частоты от амплитуды, проведено исследование влияния начальных условий на характеристики дискретного бризера. Исследовано взаимодействие нелинейной локализованной моды большой амплитуды с бивакансией Pt в кристалле Pt3Al. Обнаружен дискретный бризер в кристалле CuAu. Предложена функция для возбуждения дискретного бризера с жестким типом нелинейности в кристалле CuAu.
Ключевые слова
дискретный бризер, солитон, нелинейная динамика, волны в кристаллах, молекулярная динамика
Цели и задачи
Цель научного исследования: изучение свойств дискретных бризеров в моноатомных кристаллах и кристаллах стехиометрии AB и A3B.
Задачи исследования:
1. анализ литературы по тематике исследования;
2. разработать модели кристаллов и минимизировать их энергию;
3. рассчитать плотности фононных состояний созданных моделей кристаллов;
4. произвести моделирование дискретных бризеров в моноатомных ГЦК кристаллах;
5. произвести моделирование дискретных бризеров в биатомных кристаллах стехиометрии АВ со сверхструктурой L10 и А3В со сверхструктурой L12.
Введение

В течение последних десятилетий в физике конденсированного состояния наиболее активно изучаются нелинейные системы. Одним из наиболее интересных и важных для практического применения объектов нелинейной физики являются волны солитонного типа (уединенные волны). Не смотря на то, что солитоны известны науке более 170 лет, во многих областях знания они мало изучены. Так в последнее время возрастает интерес к дискретным нелинейным системам, в которых возможно существование динамических солитонов. Примером динамического солитона могут служить дискретные бризеры (ДБ) – локализованные в пространстве и периодические по времени высокоамплитудные возбуждения в нелинейных дискретных структурах с трансляционной симметрией. 

 

Методы и материалы

В силу сложности проведения натурных экспериментов основным методом исследования являлся метод компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование стало весьма продуктивным методом исследования в физике конденсированного состояния и в материаловедении. Этот факт обусловлен постоянным ростом мощности и доступности вычислительных машин, разработкой и программной реализацией численных методов. Одним из наиболее эффективных методов изучения ДБ является метод молекулярной динамики (МД), опирающийся на хорошо апробированные межатомные потенциалы. Говоря более подробно о методе молекулярной динамики, следует отметить, что он позволяет решать задачи, касающиеся проблем структурно энергетических трансформаций, как в кристаллических, так и в некристаллических материалах. Кроме того, данный метод позволяет рассчитать многие свойства системы как термодинамические (например, энергию, давление, энтропию), так и кинетические (коэффициенты диффузии, частоты колебаний атомов). Причем в данном методе имеется возможность соизмерять динамику исследуемых процессов с реальным временем.

Описание и обсуждение результатов

В данной работе мы изучали свойства дискретных бризеров в моноатомных кристаллах и в кристаллах стехиометрии AB и A3B. В ходе работы нами были выполнены все поставленные задачи.

Проведя анализ литературы по проблематике нашей курсовой, мы ознакомились с понятиями солитон, дискретный бризер.

Опираясь на полученные теоретические данные, мы реализовали минимизацию энергии кристаллической структуры Pd  и провели расчет фононных спектров кристалла Au, получили плотности его фононных состояний при помощи программного пакета LAMMPS Molecular Dynamics Simulator. Методом молекулярной динамики в ГЦК кристалле Pd был получен дискретный бризер с жестким типом нелинейности, изучены характеристики дискретного бризера, приведена зависимость частоты от амплитуды, проведено исследование влияния начальных условий на характеристики дискретного бризера. Исследовано взаимодействие нелинейной локализованной моды большой амплитуды с бивакансией Pt в кристалле Pt3Al. Выявлены зависимости времени жизни нелинейной локализованной моды от начальной температуры модельного кристалла, а также расстояния до внедрённой бивакансии Pt в плоскости (111) кристалла. Методом молекулярной динамики обнаружен дискретный бризер в кристалле CuAu. Предложена функция формирования начальных условий для возбуждения дискретного бризера с жестким типом нелинейности в кристалле CuAu. Показано, что дискретный бризер может быть получен в плотноупакованном ряду атомов Cu вдоль направления [110]. Проанализированы условия для возбуждения дискретного бризера, а так же зависимость его частоты от амплитуды.

В рассмотренных нами кристаллах возможно существование дискретных бризеров, как с жестким типом нелинейности, так и с мягким типом нелинейности. Программный пакет LAMMPS имеет большие возможности для моделирования физических процессов.

Полученные результаты свидетельствуют о важной роли дискретных бризеров в кристаллах, об их вкладе в свойства кристаллов. Данные результаты будут полезны при разработке новых конструкционных материалов, а также возможно использование в некоторых технологических процессах.

По результатам исследования опубликовано 6 работ, одна из которых в журнале из списка ВАК.

Используемые источники
1. Kivshar, Yu. S. Optical Solitons: From Fibers to Photonic Crystals [Текст] / Yu. S. Kivshar, G. P. Agrawal. - San Diego: Academic Press. - 2003. - 540 p.
2. Браун, О.М. Модель Френкеля-Конторово. Концепции, методы, приложения [Текст] / О.М. Браун, Ю.С. Кившарь. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 536 с. ISBN 978-5-9221-0973-4.
3. Габов, С.А. Введение в теорию нелинейных волн [Текст] / С.А. Габов. - М.: МГУ, 1988. - 177 с.
4. Дмитриев, С.В. Волны солитонного типа в дискретных системах в физике конденсированного состояния [Текст] : дис. ... доктора. физ.-мат. наук : 01.04.07 / Дмитриев Сергей Владимирович. - Барнаул, 2007. - 236 с.
5. Sievers, A.J. Intrinsic Localized Modes in Anharmonic Crystals [Текст] / A.J. Sievers, S. Takeno // Phys. Rev. Lett. – 1988. - v. 61. - № 8. - p. 970-973.



Information about the project
Surname Name
Cherednichenko Anton
Project title
Discrete breathers in crystals
Summary of the project
In this paper, the properties of discrete breathers in monatomic crystals and crystals stoichiometry A3B and AB were studied. Molecular dynamics in fcc Pd crystal was obtained discrete breathers with a hard type of non-linearity, studied the characteristics of the discrete breather, shows the frequency of the amplitude, studied the influence of initial conditions on the characteristics of the discrete breather. We studied the interaction of large-amplitude nonlinear localized mode with bivacancies Pt in Pt3Al crystal. Discovered discrete breathers in CuAu crystal. A function to drive the discrete breather with a hard type of the nonlinearity in CuAu crystal.
Keywords
discrete breathers, soliton, nonlinear dynamics, waves in crystals, molecular dynamics