Локальная и глобальная структура жидкостей и стекол.

Аникеенко А.В.1, Волошин В.П. 1, Гаврилова М.Л. 2,
Медведев Н.Н. 1, Наберухин Ю.И. 1

1) ИХКиГ, гр.СМС.

2) Университет Калгари, Канада.
 
 
  1. Общая проблема и ее актуальность
В данном цикле статей представлены работы посвященные решению современных проблем структуры жидкой и аморфной фазы. Интерес здесь сместился в сторону исследования структурных неоднородностей. Это было вызвано, в частности, проблемой старения аморфной фазы (спонтанное появление кристаллических областей), что сдерживает широкое применение таких материалов. Другие важные объекты – нанокомпозиты – материалы, содержащие области различной структуры или состава нанометровых размеров. Способы описания структуры таких негомогенных материалов и их проявлений – предмет современных исследований.

2. Конкретная решаемая задача

Разработка методики выявления структурных неоднородностей малого размера в компьютерных моделях конденсированной фазы, изучение, с ее помощью, различных структурных образований в процессе кристаллизации жидкостей, изучение проявления структурных неоднородностей (пустот) в дифракционном эксперименте, исследование динамики атомов в порах внутри модельного стекла, построение соответствующих компьютерных моделей.

3. Используемый подход.

Для создания моделей использованы классические методы Моне-Карло и молекулярной динамики. Анализ структуры базируется на использовании метода Вороного-Делоне и на расчете классических функции радиального распределения и структурного фактора.

4. Полученные результаты и их значимость.

Разработана методика, позволяющая повысить эффективность анализа локальной структуры в компьютерных моделях. Она дает возможность характеризовать тип структуры уже на самых малых зародышах (от 8 атомов), что открывает путь для изучения элементарного акт начала гомогенной кристаллизации. Изучены особенности формирования фаз разной структуры при гомогенной кристаллизации жидкости в зависимости от условий охлаждения. Получены большие модели стеклообразной фазы, что дало возможность исследовать “протяженные” структурные мотивы. Показаны характерные неоднородности, возникающие в таких системах, в зависимости от плотности. Изучена динамика атомов помещенных в пустоты внутри наших моделях. Показано специфическое диффузионное поведение атомов в пустотах различной ширины. Это позволяет понять необычное поведение кинетики диффузионных реакций наблюдаемое в стеклообразной фазе.

5. Уровень полученных результатов.

Предложенный метод анализа локальной структуры является существенным вкладом в данную область науки. Для поддержки работ по исследованию структуры аморфных материалов, базируемых на этом методе, получен молодежный грант ИНТАС (Аникеенко). Приглашенный доклад на международную конференцию по зернистым (гранулированным) материалам (Канберра, Декабрь 2006, Медведев), говорит о широких перспективах метода в смежных областях. Получение моделей, содержащих 100000 атомов, является результатом мирового уровня. Новым достижением является детальный структурный анализ таких моделей, что стало возможным благодаря оригинальным эффективным алгоритмам, разработанным в ИХКиГ.
 
 

Список статей.

1. Anikeenko A.V., Gavrilova M.L., Medvedev N.N. A novel Delaunay simplex technique for the detection of crystalline nuclei in dense packings of spheres. // Journal of Ceramic Processing Research. 7 (3), 195-200 (2006).

2. Anikeenko A.V., Gavrilova M.L., Medvedev N.N.The coloring of the Voronoi network: investigation of structural heterogeneity in the packings of spheres. // Japan J.Indust. Appl. Math., 22, 151-165 (2005).

3. Аникеенко А.В., Медведев Н.Н. Гомогенная кристаллизация леннард-джонсовской жидкости. Структурный анализ с помощью симплексов Делоне.// Журн. структ. химии. 47, (2), 273 – 282 (2006).

4. Волошин В.П., Медведев Н.Н.Исследование препика структурного фактора. Анализ неоднородных упаковок Леннард-Джонсовских атомов. // Журн.Структ.Химии. 46, (1), 96-100 (2005).

5. Наберухин Ю.И., Волошин В. П.Структура больших некристаллических леннард – джонсовских моделей. // Журн. структ. химии, т. 47, S129-S143 (2006)

6. Волошин В.П., Наберухин Ю.И..Структура межчастичного пространства в больших некристаллических упаковках леннард-джонсовских атомов и её влияние на диффузионную подвижность примесных частиц. // Журн. структ. химии, т.46, (2), 273-283 (2005).