Почему существуют дискретные бризеры в двумерных и трехмерных моноатомных кристаллах Морзе?

Е.А. Корзникова1, А.А. Кистанов1, К.С. Сергеев2, И.А. Шепелев2, А.Р. Давлетшин3, Д.И. Бокий4, С.В. Дмитриев1
1Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, ул. Халтурина 39, 450001, Уфа, Россия
2Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия,
3ООО БашНИПИнефть, ул. Карла Маркса 30/1, 450077, Уфа, Россия
4АО "АТОМПРОЕКТ" 197183, Санкт-Петербург, улица Савушкина, д. 82
Аннотация
Известно, что кристаллы могут поддерживать существование дискретных бризеров (ДБ) - периодических во времени пространственно-локализованных колебательных мод. ДБ не излучают энергию, так как их частота не лежит в спектре малоамплитудных бегущих волн (фононов). Выход частоты ДБ из спектра малоамплитудных колебаний происходит за счет нелинейности во взаимодействии атомов, ведь известно, что частота нелинейных осцилляторов зависит от амплитуды колебаний. Теоретически было показано, что ДБ не могут существовать в одномерной цепочке одинаковых точечных масс, взаимодействующих друг с другом посредством потенциалов Тоды, Борн-Маера, Леннарда-Джонса или Морзе. В качестве причины была названа мягкость данных потенциалов, которая не позволяла сформировать пространственно-локализованную моду с частотой выше спектра фононных колебаний. На основании данного строгого результата был сделан вывод о том, что из-за мягкости межатомных взаимодействий в кристаллах с простой структурой (например, в чистых металлах) ДБ, вероятнее всего, не существуют, и при поиске ДБ следует обратить внимание на кристаллы со щелью в фононном спектре. В таких кристаллах локализованная колебательная мода может иметь частоты, уменьшающиеся с амплитудой колебаний и входящие в щель фононного спектра. Первая успешная попытка возбуждения щелевого ДБ в щелочно-галоидном кристалле NaI датируется 1997 годом, для этой цели использовался метод молекулярной динамики. Однако в 2011 году ДБ с частотами выше фононного спектра были обнаружены в чистых металлах, что заставило задуматься об условиях существования ДБ в кристаллах с реалистичными межатомными потенциалами. В настоящей работе показано, что размерность кристалла имеет важное значение, и в Морзевских кристаллах размерности выше единицы ДБ существовать могут.
Получена: 27 августа 2016   Принята: 03 сентября 2016
Просмотры: 91   Загрузки: 33
Ссылки
1.
D.K. Campbell, S. Flach, Yu.S. Kivshar. Phys. Today. 57(1), 43(2004).
2.
S. Flach, A.V. Gorbach. Phys. Rep. 467, 1, (2008).
3.
V. Hizhnyakov, M. Haas, M. Klopov, A. Shelkan. Letters on Materials, 6, 61 (2016).
4.
V. Hizhnyakov, M. Haas, A. Shelkan, M. Klopov. Springer Series in Materials Science. 221, 229 (2015).
5.
S.V. Dmitriev, E.A. Korznikova, Yu.A. Baimova, M.G. Velarde. Physics-Uspekhi. 59(5), 446 (2016).
6.
S.A. Kiselev, S.R. Bickham, A.J. Sievers. Phys. Rev. B. 48, 13508, (1993).
7.
S.A. Kiselev, A.J. Sievers. Phys. Rev. B. 55, 5755 (1997).
8.
A.A. Kistanov, S.V. Dmitriev. Tech. Phys. Lett. 39, 618 (2013); Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 39(13), 78 (2013).
9.
A.A. Kistanov et al. JETP Lett. 99, 353 (2014); Pis’ma Zh. Eksp. Teor. Fiz. 99, 403 (2014).
10.
A.A. Kistanov, A.S. Semenov, S.V. Dmitriev. JETP. 119, 766 (2014); Zh. Eksp. Teor. Fiz. 146, 869 (2014).
11.
А.А. Кистанов, А.С. Семенов, Р.Т. Мурзаев, С.В. Дмитриев. ФПСМ. 11 (4/2), 572 (2014).
12.
А.А. Кистанов. ФПСМ. 11(1), 9 (2014).
13.
А.А. Кистанов, А.С. Семенов, Р.Т. Мурзаев, С.В. Дмитриев. ФПСМ. 11 (3), 572 (2014).
14.
A.A. Kistanov, S.V. Dmitriev, A.S. Semenov, V.I. Dubinko, D.A. Terent’ev. Tech. Phys. Lett. 40, 657 (2014); Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 40(15), 58 (2014).
15.
A. A. Kistanov, S.V. Dmitriev, A.P. Chetverikov, M.G. Velarde. Eur. Phys. J. B. 87, 211 (2014).
16.
A.A. Kistanov, S.V. Dmitriev. Letters on Materials. 2, 143 (2012).
17.
V.I. Dubinko, P.A. Selyshchev, J.F.R. Archilla, Phys. Rev. E 83, 041124 (2011).
18.
M.G. Velarde, J. Comput. Appl. Math. 233, 1432 (2010).
19.
M.G. Velarde, W. Ebeling, A.P. Chetverikov. Eur. Phys. J. B 85, 291 (2012).
20.
A.P. Chetverikov, W. Ebeling, M.G. Velarde. Eur. Phys. J. ST 222, 2531 (2013).
21.
M.O. Sales, F.A.B.F. de Moura. J. Phys.: Condens. Matter 26, 415401 (2014).
22.
M.E. Manley, A.J. Sievers, J.W. Lynn, S.A. Kiselev, N.I. Agladze, Y. Chen, A. Llobet, A. Alatas. Phys. Rev. B. 79, 134304 (2009).
23.
A.A. Kistanov, R.T. Murzaev, S.V. Dmitriev, V.I. Dubinko, V.V. Khizhnyakov. JETP Lett. 99, 353 (2014).
24.
S.V. Dmitriev, A.A. Kistanov, V.I. Dubinko. Springer Series in Materials Science. 221, 205 (2015).
25.
E.A. Korznikova, S.Y. Fomin, E.G. Soboleva, S.V. Dmitriev. JETP Lett. 103, 277 (2016).
26.
S. Timoshenko, J.N. Goodier. Theory of elasticity. McGraw-Hill, New York (1951).
Цитирования
1.
Baimova J.A., Lukyanov A.V., Pushin V.G., Babicheva R.I., Gunderov D.V., Dmitriev S.V., Reviews on Advanced Materials Science 47(1-2), 86-94 (2016).