Моделирование процесса переноса энергии в кристалле NaCl с помощью дискретных бризеров

А.С. Семёнов1, Ю.В. Бебихов1, А.А. Кистанов2,3
1Политехнический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" в г. Мирном, ул. Тихонова, д. 5, корп. 1, 678174, г. Мирный, Республика Саха (Якутия), Россия
2School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University, 639798, Singapore
3Institute of High Performance Computing, Agency for Science, Technology and Research, 138632, Singapore
Аннотация
Дискретный бризер (ДБ) представляет собой пространственно локализованную колебательную моду большой амплитуды с частотой колебаний вне фононного спектра кристалла. Частота ДБ может выходить из фононного спектра за счет ангармонизма межатомных связей вследствие того, что частота нелинейного осциллятора зависит от амплитуды. В случае мягкого (жесткого) ангармонизма частота нелинейного осциллятора уменьшается (увеличивается) с ростом амплитуды. Кристаллы, имеющие щель в фононном спектре, могут, в принципе, поддерживать так называемые щелевые ДБ, то есть ДБ с частотами в щели фононного спектра. Щелочно-галоидный кристалл NaI обладает широкой щелью в фононном спектре за счет значительной разницы атомных масс анионов и катионов (атом натрия в 5,5 раз легче атома йода). Существование щелевых ДВ в этом кристалле было показано Киселевым и Сиверсом с использованием метода молекулярной динамики. Позже было проведено несколько экспериментальных работ, чтобы подтвердить результаты численного исследования. Кроме того методом молекулярной динамики была показана возможность обмена энергией между двумя близко расположенными ДБ. В настоящей работе энергетический обмен между ДБ в более крупных кластерах моделируется методом молекулярной динамики. Показано, что энергия, первоначально переданная кластеру ДБ, остается в локализованном виде в течение длительного времени (сотни периодов колебаний ДБ), даже несмотря на то, что энергия может перемещаться от одного узла решетки к другому, и даже поляризация ДБ может измениться. Эти результаты способствуют лучшему пониманию механизма локализации и переноса энергии в кристаллах.
Получена: 22 марта 2017   Исправлена: 29 марта 2017   Принята: 03 апреля 2017
Просмотры: 88   Загрузки: 35
Ссылки
1.
А. С. Долгов. ФТТ 28, 1641 (1986). [A. S. Dolgov. Sov. Phys. Solid State 28, 907 (1986).]
2.
A. J. Sievers, S. Takeno. Phys. Rev. Lett. 61, 970 (1988).
3.
S. Flach, A. V. Gorbach. Phys. Rep. 467, 1 (2008).
4.
M. E. Manley Acta Mater. 58, 2926 (2010).
5.
S. V. Dmitirev. Letters on Materials 6 (1), 86 (2016).
6.
S. V. Dmitriev, E. A. Korznikova, J. A. Baimova, M. G. Velarde. Physics Uspekhi 59, 446 (2016).
7.
S. V. Dmitirev. Micromechanics and Molecular Physics 1(2), 1630001 (2016).
8.
G. M. Chechin, G. S. Dzhelauhova, E. A. Mehonoshina. Phys. Rev. E. 74, 036608 (2006).
9.
S. A. Kiselev, A. J. Sievers. Phys. Rev. 55, 5755 (1997).
10.
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).
11.
M. E. Manley, D. L. Abernathy, N. I. Agladze, A. J. Sievers. Scientific Reports 1, 4 (2011).
12.
M. Kempa et al. J. Phys.: Condens. Matter. 25, 055403 (2013).
13.
A. J. Sievers et al. Phys. Rev. B 88, 104305 (2013).
14.
M. Kempa et al. Phys. Rev. B 89, 054308 (2014).
15.
L. Z. Khadeeva, S. V. Dmitriev. Phys. Rev. B 81, 214306 (2010).
16.
А. А. Кистанов, С. В. Дмитриев. ФТТ 54 (8), 1545 (2012). [A. A. Kistanov, S. V. Dmitriev. Physics of the Solid State, 54 (8), 1648 (2012).]
17.
А. А. Кистанов, Ю. А. Баимова, С. В. Дмитриев. Письма в ЖТФ 38 (14), 72 (2012).
18.
С. В. Дмитриев, Ю. А. Баимова. Письма в ЖТФ 81 (11), 71 (2011). [S. V. Dmitriev, Y. A. Baimova. Technical Physics Letters 37 (5), 451 (2011).]
19.
А. А. Кистанов, С. В. Дмитриев. Письма в ЖТФ 39, 78 (2013). [A. A. Kistanov, S. V. Dmitriev. Technical Physics Letters 39 (7), 618 (2013).]
20.
A. A. Kistanov, Y. A. Baimova, S. V. Dmitriev. Technical Physics Letters, 38 (7), 676 (2012).
21.
J. A. Baimova, S. V. Dmitriev, A. A. Kistanov, A. I. Potekaev. Russian Physics Journal, 56 (2), 180 (2013).
22.
S. V. Dmitriev, A. A. Kistanov, V. I. Dubinko, Springer Series in Materials Science 221, 205 (2015).
23.
J. A. Baimova, S. V. Dmitriev, K. Zhou. Europhys. Lett. 100 (3), 36005 (2012).
24.
E. A. Korznikova, J. A. Baimova, S. V. Dmitriev. Europhys. Lett. 102 (6), 60004 (2013).
25.
V. N. Belomestnykh, E. G. Soboleva. Applied Mechanics and Materials 682, 170 – 173 (2014).
26.
E. G. Soboleva, A. L. Igisheva, T. B. Krit. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 91, 012032 (2015).