Дискретные бризеры в ГЦК и ГЦТ-кристаллах

УДК 548

  • Михаил Дмитриевич Старостенков Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (Барнаул, Россия)
  • Павел Васильевич Захаров Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет им. В.М. Шукшина (Бийск, Россия)
  • Николай Николаевич Медведев Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова (Бийск, Россия)
Ключевые слова: дискретный бризер, солитон, квази-бризер, кристалл, нелинейная мода, фононный спектр

Аннотация

Обзор посвящен исследованию дискретных бризеров в кристаллах стехиометрии A3B, AB и в моноатомных кристаллах. Дана краткая история развития концепции дискретных бризеров в кристаллах, рассмотрены возможные пути дальнейших исследований. Приведены данные, свидетельствующие о том, что для существования дискретных бризеров необходимо наличие свойств дискретности и нелинейности исследуемой системы.

В рассматриваемых работах исследование дискретных бризеров осуществлялось методом молекулярной динамики с использованием как парных, так и многочастичных потенциалов.

На примере кристаллов Pt3Al и CuAu показано, что дискретные бризеры с жестким типом нелинейности способны сосредоточивать энергию порядка нескольких электронвольт, при этом они являются мобильными и могут перемещаться по кристаллу вдоль плотноупакованных направлений. Выявлены два механизма возбуждения дискретных бризеров с мягким типом нелинейности в кристалле стехиометрии А3В потоком частиц. Продемонстрировано, что внешние поля, осциллирующие с частотой вне фононного спектра кристалла А3В, могут являться причиной возбуждения бризеров с мягким типом нелинейности вблизи его поверхности. Для металлов Pt, Au, Ni, Pd, Cu показана зависимость продолжительности жизни ДБ от их коэффициента Пуассона. Приведены амплитудно-частотные характеристики и зависимости времени жизни дискретных бризеров от начальных параметров возбуждения.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Михаил Дмитриевич Старостенков, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (Барнаул, Россия)

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики

Павел Васильевич Захаров, Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет им. В.М. Шукшина (Бийск, Россия)

доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой математики, физики, информатики

Николай Николаевич Медведев, Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова (Бийск, Россия)

доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры естественно-научных дисциплин

Литература

Sievers A.J., Takeno S. Intrinsic Localized Modes in Anharmonic Crystals // Phys. Rev. Lett. 1988. V.61. №8.

Flach S., Willis C.R. Discrete Breathers // Phys. Rep. 1998. V.295.

Flach S., Gorbach A.V. Discrete breathers - Advances in theory and applications // Phys. Rep. 2008. V.467.

Manley M.E. Impact of intrinsic localized modes of atomic motion on materials properties // Acta Mater. 2010. V.58.

Campbell D.K., Flach S., Kivshar Yu.S.Localizing energy through nonlinearity and discreteness // Phys. Today. 2004. V.57.

Овчинников А.А. Локализованные долгоживущие колебательные состояния в молекулярных кристаллах // ЖЭТФ. 1969. Т. 57. Вып. 1 (7).

Yoshimura K., Doi Y. Moving discrete breathers in nonlinear lattice: Resonance and stability // Wave Motion. 2007.V.45.

Butt I.A., Wattis J.A.D. Discrete breathers in a twodimensional Fermi Pasta-Ulam lattice // Journal of Physics A: Mathematical and General. 2006. V.39.

Aubry S. Breathers in nonlinear lattices: Existence, linear stability and quantization // Physica D. 1997. V.103.

Дмитриев С.В., Хадеева Л.З., Пшеничнюк А.И., Медведев Н.Н. Щелевые дискретные бризеры в двухкомпонентном трехмерном и двумерном кристаллах с межатомными потенциалами Морзе // Физика твердого тела. 2010. T. 52.

Ostrovskaya E.A., Kivshar Yu.S. Matter-wave gap solitons in atomic band-gap structures // Physical Review Letters. 2003. V.90.

Xu Q., Qiang T. Two-dimensional discrete gap breathers in a two dimensional discrete diatomic Klein-Gordon lattice // Chinese Physics Letters. 2009. V.26.

James G., Kastner M. Bifurcation of discrete breathers in a diatomic Fermi-Pasta-Ulam chain // Nonlinearity. 2007. V.20.

Kiselev S.A., Bickham S.R., Sievers A.J. Anharmonic gap modes in a perfect one-dimensional diatomic lattice for standard two-body nearest-neighbor potentials // Phys. Rev. B. 1993. V. 48.

Khadeeva L.Z., Dmitriev S.V. Discrete breathers in crystals with NaCl structure // Phys. Rev. B. 2010. V. 81.

Khadeeva L.Z., Dmitriev S.V., Kivshar Y.S. Discrete breathers in deformed graphene // JETP Lett. 2011. V. 94.

Baimova J.A., Dmitriev S.V., Zhou K. Discrete breather clusters in strained graphene // Europhys. Lett. 2012. V. 100.

Kiselev S.A., Sievers A.J. Generation of intrinsic vibrational gap modes in three-dimensional ionic crystals // Phys. Rev. B. 1997. V. 55.

Lobzenko I.P, Chechin G.M., Bezuglova G.S., Baimova Yu.A., Korznikova E.A., Dmitriev S.V Ab initio simulation of gap discrete breathers in strained graphene // Phys. Solid State. 2016. V. 58.

Chechin G.M., Ryabov D.S., Shcherbinin S.A. Nonlinear vibrational modes in graphene: group-theoretical results // Letters on Materials. 2016. V. 6(1).

Chechin G.M., Sakhnenko V.P. Interactions between normal modes in nonlinear dynamical systems with discrete symmetry. Exact results // Physica D. 1998. V. 117(1-4).

Flach S., Ivanchenko M.V., Kanakov O. I. q-Breathers and the Fermi-Pasta-Ulam Problem // Physical Review Letters. 2005. V.95.

Семенов А.С., Фомин С.Ю., Жоу К., Соболева Э.Г. Дискретный бризер с жестким типом нелинейности в двумерном биатомном кристалле // Письма о материалах. 2017. Т. 7. Вып. 3.

Дмитриев С.В. Корзникова Е.А., Баимова Ю.А., Веларде М.Г. Дискретные бризеры в кристаллах // УФН. 2016. Т. 186. № 5.

Barani E., Lobzenko I.P, Korznikova E.A., Soboleva E.G., Dmitriev S.V., Zhou K., Marjaneh A.M. Transverse discrete breathers in unstrained graphene // Eur. Phys. J. B. 2017. V. 90(3).

Murzaev R.T., Kistanov A.A., Dubinko V.I., Terentyev D.A., Dmitriev S.V. Moving discrete breathers in bcc metals V, Fe and W // Comp. Mater. Sci. 2015. V. 98.

Murzaev R.T., Babicheva R.I., Zhou K., Korznikova E.A., Fomin S.Y., Dubinko V.I., Dmitriev S.V. Discrete breathers in alpha-uranium // Eur. Phys. J. B. 2016. V. 89.

Cuevas J., Katerji C., Archilla J.F.R., Eilbeck J.C., Russell F.M. Influence of moving breathers on vacancies migration // Phys. Lett. A. 2003. V. 315.

Cuevas J., Archilla J.F.R., Sanchez-Rey B., Romero F.R. Interaction of moving discrete breathers with vacancies // Physica D. 2006. V. 216.

Hizhnyakov V., Haas M., Pishtshev A., Shelkan A., Klopov M. Modeling of self-localized vibrations and defect formation in solids // Nucl. Instrum. Meth. B. 2013. V. 303.

Terentyev D.A., Dubinko A.V., Dubinko V.I., Dmitriev S.V., Zhurkin E.E., Sorokin M.V. Interaction of discrete breathers with primary lattice defects in bcc Fe // Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 2015. V. 23.

Клопотов А.А., Потекаев А.И., Козлов Э.В., Тюрин Ю.И., Арефьев К.П., Солоницина Н.О., Клопотов В.Д. Кристаллогеометрические и кристаллохимические закономерности образования бинарных и тройных соединений на основе титана и никеля : монография / под общ. ред. А.И. Потекаева. Томск, 2011.

Medvedev N.N., Starostenkov M.D., Potekaev A.I., Zakharov P.V., Markidonov A.V., Eremin. A.M. Energy Localization in the Ordered Condensed Systems: A3B Alloys With L12 Superstructure // Russian Physics Journal. July 2014. Volume 57. Issue 3.

Zhou, X.W. Misfit-energy-increasing dislocations in vapor-deposited CoFe/NiFe multilayers / X.W. Zhou, R.A. Johnson, H.N.G. Wadley // Phys. Rev. 2004. V.69.

Медведев Н.Н., Старостенков М.Д., Захаров П.В., Маркидонов А.В. О локализации энергии нелинейных и линейных колебаний атомов в модельной кристаллической решетке состава А 3В // Письма о материалах. 2013. Т. 3. № 1 (9).

Medvedev N.N., Starostenkov M.D. and Manley M.E. Energy Localization on the sublattice of Pt3Al with L12 order // Journal of Applied Physics. 2013. V.114.

Захаров П.В., Старостенков М.Д., Медведев Н.Н., Еремин А.М., Маркидонов А.В. Влияние низких температур на характеристики дискретного бризера в кристалле Pt3Al // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2014. Т. 11. № 4.

Medvedev N.N. Starostenkov M.D., Potekaev A.I., Zakharov P.V., Eremin A.M., Markidonov A.V. Energy localization in the ordered condensed systems: A3B alloys with L12 superstructure // Russian Physics Journal. 2014. Т. 57. № 3.

Старостенков М.Д., Потекаев А.И., Дмитриев С.В., Захаров П.В., Еремин А.М., Кулагина В.В. Динамика дискретных бризеров в кристалле Pt3Al // Известия вузов. Физика. 2015. Т. 58. № 9.

Захаров П.В., Старостенков М.Д., Еремин А.М. Влияние упругой деформации всесторонннего растяжения-сжатия на характеристики дискретного бризера в кристалле Pt3Al // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2016. Т. 13. № 2.

Zakharov P.V., Dmitriev S.V., Starostenkov M.D. Dynamics of discrete breathers in the Pt3Al crystal // Key Engineering Materials. 2016. V. 685.

Захаров П.В., Старостенков М.Д., Еремин А.М., Корзникова Е.А., Дмитриев С.В. Возбуждение щелевых дискретных бризеров в кристалле состава A3B потоком частиц // Физика твердого тела. 2017. Т. 59. № 2.

Захаров П.В., Старостенков М.Д., Еремин А.М., Луценко И.С. Эффект нелинейной супратрансмиссии в кристалле Pt3Al // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2018. Т. 15. № 2.

Захаров П.В., Старостенков М.Д., Еремин А.М., Чередниченко А.И. Влияние свободной поверхности кристалла на характеристики дискретного бризера // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2017. Т. 14. № 2.

Кистанов А.А. и др. Движущиеся дискретные бризеры в моноатомном двумерном кристалле // Письма в ЖЭТФ. 2014. Т. 99.

Захаров П.В., Дмитриев С.В., Старостенков М.Д., Еремин А.М., Корзникова Е.А. Стационарные квази-бризеры в моноатомных металлах с ГЦК-структурой // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2017. Т. 152. Вып. 5 (11).

Захаров П.В., Старостенков М.Д., Еремин А.М., Чередниченко А.И. Дискретные бризеры в кристалле CuAu // Письма о материалах. 2016. Т. 6. № 4 (24).

Дмитриев С.В., Хадеева Л.З. Щелевые дискретные бризеры в двухкомпонентном двумерном кристалле в состоянии теплового равновесия // ФТТ. 2011. Т. 53. Вып. 7.

Dubinko V., Shapovalov R. Localized Excitations in Nonlinear Complex Systems. Current State of the Art and Future Perspectives (Nonlinear Systems and Complexity) / Eds R. Carretero-Gonzalez et al // Berlin: Springer. 2014. V.7.

Sato M., Hubbard B.E., Sievers A.T. Nonlinear energy localization and its manipulation in micromechanical oscillator arrays // Reviews of Modern Physics. 2006. V.78.

Rossler T., Page J.B. Optical creation of vibrational intrinsic localized modes in anharmonic lattices with realistic interatomic potentials // Physical Review B. 2000.V.62.

Cretegny T., Dauxois T., Ruffo S., Torcini A. Localization and equipartion of energy in the b-FPU chain: Chaotic breathers // Physical D. 1998. V.121.

Baimova J.A., Murzaev R.T., Rudskoy A.I. Discrete breathers in graphane in thermal equilibrium // Phys. Lett. A. 2017. V. 381(36).

Dubinko V.I., Selyshchev P.A., Archilla J.F.R. Reaction-rate theory with account of the crystal anharmonicity // Phys. Rev. E. 2011. V. 83(4).

Hizhnyakov V., Haas M., Pishtshev A., Shelkan A., Klopov M. Modeling of self-localized vibrations and defect formation in solids // Nucl. Instrum. Meth. B. 2013. V 303.

Bachurina O.V. Linear discrete breather in fcc metals // Comp. Mater. Sci. 2019. V. 160.

Chechin G.M., Dzhelauhova G.S., Mehonoshina E.A. Quasibreathers as a generalization of the concept of discrete breathers. // Physical Review E. 2006. Vol.74.

Chechin, G.M., Zhukov, K.G. Stability analysis ofdynamical regimes in nonlinear systems with discrete symmetries // Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. 2006. V.73(3).

Chechin G.M., Dzhelauhova G.S. Discrete breathers and nonlinear normal modes in monoatomic chains // Journal of Sound and Vibration. 2009. V. 322(3).

Еремин А.М., Захаров П.В., Старостенков М.Д. Статистические характеристики квази-бризера с мягким типом нелинейности в кристаллах стехиометрии A3B // Химическая физика и мезоскопия. 2016. Т. 18. № 4.

Zakharov P.V., Eremin A.M., Starostenkov M.D., Lucenko I.S. Analysis of statistical characteristics of quasibreather with soft-type of nonlinearity in the crystals of a3b stoichiometry // Key Engineering Materials. 2017. V. 743.

Опубликован
2019-09-12
Как цитировать
Старостенков, М. Д., Захаров, П. В., & Медведев, Н. Н. (2019). Дискретные бризеры в ГЦК и ГЦТ-кристаллах. Известия Алтайского государственного университета, (4(108), 49-60. https://doi.org/10.14258/izvasu(2019)4-07