Коллективные свойства низкочастотных колебаний в аморфных льдах низкой, высокой и сверхвысокой плотности

• Автор: Гец, Кирилл Викторович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 111 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список условных обозначений

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Вода и ее особенности

1.2. Аморфный лед высокой плотности НОА

1.3. Аморфный лед низкой плотности ЬОА

1.4. Переход ЬОА - НОА

1.5. Релаксация НОА

1.6. Аморфный лед сверхвысокой плотности УНОА

1.7. Переход НОА - УНОА

1.8. Переход жидкость - жидкость
1.9. Молекулярная структура аморфных льдов
1.10. Компьютерное моделирование аморфных льдов
1.11. Коллективные колебания
1.12. Бозонный пик
1.13. Модели воды 3
1.14. Методы моделирования
1.15. Основные выводы главы 1
Глава 2. Теоретическая модель и детали вычислений
2.1. Межмолекулярные силы и потенциал взаимодействия
2.2. Метод решеточной динамики
2.3. Оптимизация координат
2.4. Характеристики модельных суперячеек и
приближение псевдокристалла
2.5. Алгоритм расчетов
2.6. Основные выводы главы 2
Глава 3. Результаты моделирования и их обсуждение
3.1. Коллективные колебания и фазовый переход ЬОА - НОА

3.2. Коллективные колебания вне центра первой зоны Бриллюэна
3.3. Бозонный пик
3.4. Основные выводы главы 3
Выводы
Заключение
Список литературы

Список условных обозначений
ASW - твердое аморфное состояние воды
HDA - аморфное состояние высокой плотности
LDA - аморфное состояние низкой плотности
VHDA - аморфное состояние сверхвысокой плотности
uHDA - нерелаксированный HDA
eHDA - релаксированный HDA
HGW - переохлажденная стекольная вода
LDL - жидкое состояние низкой плотности
HDL - жидкое состояние высокой плотности
VHDL - жидкое состояние сверхвысокой плотности
PR - доля молекул от общего числа, участвующих в колебаниях и имеющих высокую амплитуду
VDOS - плотность колебательных состояний
RDF - функция радиального распределения
PIA - методика аморфизации вещества с помощью сжатия
DSC - дифференциальная сканирующая калориметрия

[32] методом неупругого рассеяния холодных нейтронов исследовались колебания решетки стекловидного 8Ю2 при различных температурах. Целью работы являлось выяснение природы низкочастотных колебаний в стеклах: удельная теплоемкость 8Ю2 ниже 1К понижается вследствие влияния туннелирующих колебаний неизвестного происхождения [148, 149], акустические фононы также показывают линейную дисперсию до температуры 25К (500 ГГц) [150], но выше этой температуры рассеиваются на неизвестных центрах рассеяния [148,151], а удельная теплоемкость в интервале температуры от 2К до 10К возрастает в два — три раза по сравнению с чистым вкладом звуковых волн [148,152]. В работе [32] было показано, что избыточные низкочастотные колебания в 8Ю2 приводят к резкому росту удельной теплоемкости при температуре 1К - 10К (аномальная зависимость удельной теплоемкости от Т3). Высказано предположение о существовании резонанса между акустическими колебаниями и избыточными низкочастотными колебаниями. Однако одним из самых важных выводов являлось предположение, что избыточные низкочастотные колебания возникают в связи со спаренным вращением молекул 8Ю2 с соседями в тетраэдре (вращение молекулярных фрагментов). Это одна из первых гипотез о природе бозонного пика.
В работе [38] при исследовании низкочастотных колебаний в серии различных аморфных материалов (8Ю2, Аэ^з и металлическом стекле Ш&ъЪпъо) с различными химическими составами и структурами ближнего порядка плотной упаковки и ковалентными металлическими связями было показано, что колебательный спектр этих материалов существенно отклоняется от закона Дебая в области энергий 2-10 мэВ. Установлено, что форма бозонного пика универсальна, но причина возникновения его остается неизвестной.
Особый интерес представляет также обнаружение бозонного пика в аморфных льдах [34-36] и в переохлажденной воде [37]. В работе [36] исследование бозонного пика на Ш08 гидрата ксенона выявило образование корки из аморфного льда на поверхности газового гидрата, что свидетельствовало о его самоконсервации.