Особенности ближнего ориентационного порядка в жидком галлии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассматриваются свойства ближнего ориентационного порядка в жидком галлии в широком диапазоне температур от 313 до 1073 К. Для описания межчастичного взаимодействия используется модель погруженного атома (EAM), которая хорошо воспроизводит наблюдаемые данные о структуре такой жидкости. Характеристики ближнего ориентационного порядка жидкого галлия исследуются с помощью методов Вороного и вращательных инвариантов. Обсуждаются их особенности по сравнению с модельной жидкостью – расплавом системы Леннарда-Джонса.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Б. А. Клумов

Объединенный институт высоких температур РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: klumov@ihed.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Waseda Y. The Structure of Non-Crystalline Materials: Liquids and Amorphous Solids. N.Y.: McGraw-Hill, 1980.
  2. Narten A.H. Liquid Water: Atom Pair Correlation Functions from Neutron and X-Ray Diffraction // J. Chem. Phys. 1972. V. 56. P. 5681.
  3. Waseda Y., Suzuki K. Structure Factor and Atomic Distribution in Liquid Metals by X-ray Diffraction // Phys. Status Solidi B. 1972. V. 49. P. 339.
  4. Ляпин А.Г., Громницкая Е.Л., Ягафаров О.Ф., Бражкин В.В. Упругие свойства кристаллического и жидкого галлия при высоких давлениях // ЖЭТФ. 2008. Т. 134. № 5. С. 956.
  5. Yagafarov O.F., Katayama Y., Brazhkin V.V., Lyapin A.G., Saitoh H. Energy Dispersive X-ray Diffraction and Reverse Monte Carlo Structural Study of Liquid Gallium under Pressure // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. 174103.
  6. Wells A.F. Structural Inorganic Chemistry. Oxford: Oxford Univ. Press, 2012.
  7. Schulte O., Holzapfel W.B. Effect of Pressure on the Atomic Volume of Ga and Tl up to 68 GPa // Phys. Rev. B. 1997. V. 55. P. 8122.
  8. Kenichi T., Kazuaki K., Masao A. High-pressure bct–fcc Phase Transition in Ga // Phys. Rev. B. 1998. V. 58. P. 2482.
  9. Truong V.K., Hayles A., Bright R., Luu T.Q., Dic-key M.D., Kalantar-Zadeh K., Vasilev K. Gallium Liquid Metal: Nanotoolbox for Antimicrobial Applications // ACS NANO. 2023. V. 17. P. 15.
  10. Tang S.Y., Tabor C., Kalantar-Zadeh K., Dickey M.D. Gallium Liquid Metal: The Devil’s Elixir // Annu. Rev. Mater. Res. 2021. V. 51. P. 381.
  11. Daeneke T., Khoshmanesh K., Mahmood N., de Castro I.A., Esrafilzadeh D., Barrow S.J., Dickey M.D., Kalantar-zadeh K. Liquid Metals: Fundamentals and Applications in Chemistry // Chem. Soc. Rev. 2018. V. 47. P. 4073.
  12. Tsai K.H.,Wu T.M., Tsay S.F. Revisiting Anomalous Structures in Liquid Ga // J. Chem. Phys. 2010. V. 132. 034502.
  13. Gong X.G., Chiarotti G.L., Parrinello M., Tosatti E. Coexistence of Monatomic and Diatomic Molecular Fluid Character in Liquid Gallium // Europhys. Lett. 1993. V. 21. P. 469.
  14. Yang J., Tse J.S., Iitaka T. First-principles Study of Liquid Gallium at Ambient and High Pressure // J. Chem. Phys. 2011. V. 135. 044507.
  15. Мокшин А.В., Хуснутдинов Р.М., Новиков А.Г., Благовещенский Н.М., Пучков А.В. Ближний порядок и динамика атомов в жидком галлии // ЖЭТФ. 2015. T. 148. № 5. 947.
  16. Chtchelkatchev N.M., Klumov B.A., Ryltsev R.E., Khusnutdinoff R.M., Mokshin A.V. Pade Spectroscopy of Structural Correlation Functions: Application to Liquid Gallium // JETP Lett. 2016. V. 103. № 6. P. 390.
  17. Plimpton S. Fast Parallel Algorithms for Short-range Molecular Dynamics // J. Comput. Phys. 1995. V. 117. P. 1.
  18. Белащенко Д.К. Компьютерное моделирование жидких металлов // УФН. 2013. T. 183. № 12. С. 1281.
  19. Белащенко Д.К. Компьютерное моделирование свойств жидких металлов. Галлий, свинец, висмут // ЖФХ. 2012. Т. 86. № 5. С. 872.
  20. Клумов Б.А. Универсальные структурные свойства трехмерных и двумерных расплавов // УФН. 2023. Т. 193. № 3. С. 305.
  21. Drewitt J.W.E., Turci F., Heinen B.J., Macleod S.G., Qin F., Kleppe A.K., Lord O.T. Structural Ordering in Liquid Gallium under Extreme Conditions // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124. 145501.
  22. Voronoi G.I. Nouvelles Applications des Parametres Continus a la Theorie des Formes Quadratiques. Deuxieme memoire. Recherches sur les Parallelloedres Primitifs //Reine Angew. Math. 1908. V. 134. P. 198.
  23. Troadec J.P., Gervois A., Oger L. Statistics of Voronoi Cells of Slightly Perturbed Face-centered Cubic and Hexagonal Close-packed Lattices // Europhys. Lett. 1998. V. 42. P. 167.
  24. Klumov B.A., Ryltsev R.E., Chtchelkatchev N.M. Polytetrahedral Structure and Glass-forming Ability of Simulated Ni–Zr Alloys //J. Chem. Phys. 2018. V. 149. 134501.
  25. Steinhardt P.J., Nelson D., Ronchetti M. Icosahedral Bond Orientational Order in Supercooled Liquids //Phys. Rev. Lett. 1981. V. 47. P. 1297.
  26. Steinhardt P.J., Nelson D., Ronchetti M. Bond-Orientational Order in Liquids and Glasses // Phys. Rev. B. 1983. V. 28. P. 784.
  27. Mitus A.C., Patashinskii A.Z. The Theory of Crystal Ordering // Phys. Lett. A. 1982. V. 87. P. 179.
  28. Mitus A.C., Patashinskii A.Z. A Statistical Description of the Local Structure of Condensed Matter: I. General Theory // Phys. Lett. A. 1983. V. 88. P. 31.
  29. Errington J.R., Debenedetti P.G., Torquato S. Quantification of Order in the Lennard-Jones System // J. Chem. Phys. 2003. V. 118. P. 2256.
  30. Torquato S., Truskett T.M., Debenedetti P.G. Is Random Close Packing of Spheres Well Defined // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. P. 2064.
  31. Клумов Б.А. О критериях плавления комплексной плазмы // УФН. 2010. Т. 180. № 10. С. 1095.
  32. Klumov B.A., Khrapak S.A., Morfill G.E. Structural Properties of Dense Hard Sphere Packings // Phys. Rev. B. 2011. V. 83. 184105.
  33. Klumov B.A., Jin Y., Makse H.A. Structural Properties of Dense Hard Sphere Packings // J. Phys. Chem. B. 2014. V. 118. P. 10761.
  34. Клумов Б.А.Об идентификации искаженных кристаллических кластеров// Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 114. № 7. С. 467.
  35. Клумов Б.А.Об определении твердотельных кластеров в кристаллизующейся системе Юкавы // Письма в ЖЭТФ. 2024. Т. 120. № 4. С. 267.
  36. Fomin Yu.D., Ryzhov V.N., Klumov B.A., Tsiok E.N. How to Quantify Structural Anomalies in Fluids? //J. Chem. Phys. 2014. V. 141. P. 034508.
  37. Khrapak S.A., Klumov B.A., Huber P. et al. Freezing and Melting of 3D Complex Plasma Structures under Microgravity Conditions Driven by Neutral Gas Pressure Manipulation // Phys. Rev. Lett. 2011. V.106. 205001.
  38. Khrapak S.A., Klumov B.A., Huber P. et al.Fluid-Solid Phase Transitions in Three-Dimensional Complex Plasmas under Microgravity Conditions // Phys. Rev. E. 2012. V. 5. 066407.
  39. Благовещенский Н.М., Новиков А.Г., Пучков А.В., Савостин В.В. Микроскопические свойства жидкого галлия из экспериментов по квазиупругому рассеянию нейтронов // Письма в ЖЭТФ. 2014. Т. 100. С. 379.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Парные корреляционные функции g(r) для жидкого галлия при разных температурах, штриховые кривые – кумулятивные ПКФ N(r): 1 – T = 313 К, 2 – 400, 3 – 500, 4 – 700, 5 – 900, 6 – 1073, 7 – расплав ЛД; на вставке – двумерный структурный фактор галлия при T = 313 К, характерный для изотропной жидкости.

Скачать (394KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение ближайших соседей в жидком галлии вблизи кривой плавления при T = 313 К: на вставках – наиболее распространенные кластеры (с индексами Вороного ⟨0,3,6,4⟩, ⟨0,3,6,5⟩ и ⟨0,4,4,6⟩).

Скачать (223KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределения атомов жидкого галлия в зависимости от значений их вращательных инвариантов P(qi) и P(wi) (для i = 4,6) для двух значений температуры:1 – T ; 313 К, 2 – 1073; 3 –распределения для расплава системы ЛД; (а) – P(q4), (б) – P(q6), (в) – P(w4), (г) – P(w6).

Скачать (502KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Жидкий галлий в плоскости вращательных инвариантов q4–q6при температурах T ; 313 К (a) и 1073 (б): овал – область для расплава системы ЛД.

Скачать (347KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Значения ключевых кумулянтов распределений атомов жидкого галлия по вращательным инвариантам q4 (1), q6 (2), w4 (3) и w6 (4) в зависимости от температуры системы: квадраты – значения соответствующих кумулянтов для расплава системы ЛД.

Скачать (180KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024