Особенности ближнего ориентационного порядка в жидком галлии

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Рұқсат ақылы немесе тек жазылушылар үшін

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.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

Б. Клумов

Объединенный институт высоких температур РАН

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: klumov@ihed.ras.ru
Ресей, Москва

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Pair correlation functions g(r) for liquid gallium at different temperatures, dashed curves are cumulative PCFs N(r): 1 – T = 313 K, 2 – 400, 3 – 500, 4 – 700, 5 – 900, 6 – 1073, 7 – LD melt; inset – two-dimensional structure factor of gallium at T = 313 K, characteristic of an isotropic liquid.

Жүктеу (394KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Distribution of nearest neighbors in liquid gallium near the melting curve at T = 313 K: the insets show the most common clusters (with Voronoi indices ⟨0.3.6.4⟩, ⟨0.3.6.5⟩ and ⟨0.4.4.6⟩).

Жүктеу (223KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Distributions of liquid gallium atoms depending on the values of their rotational invariants P(qi) and P(wi) (for i = 4.6) for two temperature values: 1 – T ; 313 K, 2 – 1073; 3 – distributions for the melt of the LD system; (a) – P(q4), (b) – P(q6), (c) – P(w4), (d) – P(w6).

Жүктеу (502KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Liquid gallium in the plane of rotational invariants q4–q6 at temperatures T ; 313 K (a) and 1073 (b): oval – region for melting of the LD system.

Жүктеу (347KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Values of key cumulants of distributions of liquid gallium atoms according to rotational invariants q4 (1), q6 (2), w4 (3) and w6 (4) depending on the temperature of the system: squares are the values of the corresponding cumulants for the melt of the LD system.

Жүктеу (180KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024