О равновесных конфигурациях заряженных ионов в планарных системах с круговой симметрией

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проблема нахождения равновесных конфигураций одноименно заряженных частиц (ионов), индуцированных внешними электростатическими полями в планарных системах, представляет огромный интерес как для фундаментальных, так и прикладных исследований. В настоящей работе представлены результаты численного анализа равновесных конфигураций отрицательно заряженных частиц (электронов), запертых в круговой области бесконечным внешним потенциалом на ее границе. Для поиска устойчивых конфигураций с минимальной энергией разработан гибридный вычислительный алгоритм. Основой алгоритма являются интерполяционные формулы, выведенные на основе анализа равновесных конфигураций, полученных с помощью вариационного принципа минимума энергии для произвольного, но конечного числа частиц в циркулярной модели. Решения нелинейных уравнений данной модели позволяют предсказывать формирование структуры в виде колец (оболочек), заполненных электронами, число которых уменьшается при переходе от внешнего кольца к внутренним. Число колец зависит от полного числа заряженных частиц. Полученные интерполяционные формулы распределения полного числа электронов по кольцам используют в качестве начальных конфигураций для метода молекулярной динамики. Наши результаты демонстрируют значительную эффективность использования метода классической молекулярной динамики при использовании интерполяционных формул по сравнению с алгоритмами, основанными на методах Монте-Карло и глобальной оптимизации. Предложенный метод позволяет повысить на несколько порядков скорость достижения устойчивой конфигурации с минимальной энергией для произвольно выбранного числа частиц в рассматриваемой системе по сравнению с классическим методом молекулярной динамики.

Об авторах

Э. Г. Никонов

Объединенный институт ядерных исследований; Университет “Дубна”

Автор, ответственный за переписку.
Email: e.nikonov@jinr.ru
Россия, 141980, Дубна; Россия, 141980, Дубна

Р. Г. Назмитдинов

Объединенный институт ядерных исследований; Университет “Дубна”

Email: e.nikonov@jinr.ru
Россия, 141980, Дубна; Россия, 141980, Дубна

П. И. Глуховцев

Объединенный институт ядерных исследований; Университет “Дубна”

Email: e.nikonov@jinr.ru
Россия, 141980, Дубна; Россия, 141980, Дубна

Список литературы

  1. Kepler J. The Six-Cornered Snowflake. Oxford, UK: Clarendon Press, 1966. 150 p.
  2. Saarikoski H., Reimann S.M., Harju A., Manninen M. // Rev. Mod. Phys. 2010. V. 82. Iss. 3. P. 2785.
  3. Birman J.L., Nazmitdinov R.G., Yukalov V.I. // Phys. Rep. 2013. V. 526. P.1.
  4. Binks B.P., Horozov T.S. Colloidal Particles at Liquid Interfaces. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2006. 519 p.
  5. Leunissen M.E., van Blaaderen A., Hollingsworth A.D., Sullivan M.T., Chaikin P.M. // Proc. Natl. Acad. Sci. 2007. V. 104. № 8. P. 2585.
  6. Niazi M.S. // R. Soc. Open Sci. 2017. V. 4. P. 170503.
  7. Saint J.M., Even C., Guthmann C. // Eur. Phys. Lett. 2001. V. 55. P. 45.
  8. Thomson J.J. // Phil. Mag. 1904. V. 7. Iss. 39. P. 237.
  9. Lozovik Yu.E., Mandelshtam V.A. // Phys. Lett. A. 1992. V. 165. Iss. 5–6. P. 469.
  10. Bedanov V.M., Peeters F.M. // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. № 4. P. 2667.
  11. Bolton F., Rössler U. // Superlatt. Microstruct. 1993. V. 13. Iss. 2. P. 139.
  12. Bonsall L., Maradudin A.A. // Phys. Rev. B. 1977. V. 15. P. 1959.
  13. Wigner E.P. // Phys. Rev. 1934. V. 46. P. 1002.
  14. Cerkaski M., Nazmitdinov R.G., Puente A. // Phys. Rev. E. 2015. V. 91. P. 032312.
  15. Nazmitdinov R.G., Puente A., Cerkaski M., Pons M. // Phys. Rev. E. 2017. V. 95. P. 042603.
  16. Matulis A., Peeters F.M. // Sol. St. Comm. 2001/ V. 117/ P. 655.
  17. Puente A., Pons M., Nazmitdinov R.G. // J. Phys.: Conf. Ser. 2010. V. 248. P. 012017.
  18. Koulakov A.A., Shklovskii B.I. // Philos. Mag. B. 1998. V. 77. P. 1235.
  19. Koulakov A.A., Shklovskii B.I. // Phys. Rev. B. 1998. V. 57. № 4. P. 2352.
  20. Mughal A., Moore M.A. // Phys. Rev. E. 2007. V. 76. Iss. 1. P. 011606.
  21. Frenkel D., Smit B. Understanding Molecular Simulation: from algorithms to applications. Academic Press, 2001. 661 p.
  22. Oymak H., Erkoc S. // Int. J. Mod. Phys. C. 2000. V. 11. P. 891.
  23. Erkoc S., Oymak H. // Phys. Lett. A. 2001. V. 290. P. 28.
  24. Ono S. // Phys. Rev. B. 2021. V. 104. P. 094105.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2.

Скачать (256KB)

© Э.Г. Никонов, Р.Г. Назмитдинов, П.И. Глуховцев, 2023