БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК И ДИНАМИКА АТОМОВ В ЖИДКОМ ГАЛЛИИ
Мокшин А.В., Хуснутдинов Р.М., Новиков А.Г., Благовещенский Н.М., Пучков А.В.

Поступила в редакцию: 19 Мая 2015

DOI: 10.7868/S0044451015110115

DJVU (468.1K)

PDF (1306.4K)

Обсуждаются особенности микроскопической структуры, а также одночастичной и коллективной динамики жидкого галлия в температурной области от T=313 K до T=1273 K на изобаре p=1.0 атм. Детальный анализ данных по дифракции нейтронов и рентгеновских лучей, а также результатов моделирования атомарной динамики позволяет сделать ряд выводов по структуре. В частности, при заданных условиях галлий находится в равновесной жидкой фазе, где отсутствуют признаки каких-либо устойчивых локальных кристаллических кластеров. Выраженная асимметрия главного максимума статического структурного фактора и появление характерного «плеча» в его правой части с приближением к температуре плавления - особенности, отчетливо наблюдаемые в данных по дифракции, - обусловлены тем, что расположение ближайшего окружения произвольного атома в системе оценивается в статистической трактовке диапазоном значений корреляционной длины, а не единственным значением как в случае простых жидкостей. При этом значительный вклад в статистику ближайшего окружения вносят компактно расположенные димеры, имеющие очень короткую связь. Температурная зависимость коэффициента самодиффузии, рассчитанная на основе моделирования атомарной динамики, имеет достаточно хорошее согласие с результатами, полученными из экспериментальных спектров некогерентной функции рассеяния. Интерполяция температурной зависимости коэффициента самодиффузии в логарифмической шкале обнаруживает два линейных участка с температурой перехода равной приблизительно 600 K. Вычисление спектров динамического структурного фактора и спектральных плотностей локального потока на основе данных моделирования атомарной динамики обнаруживает наличие в жидком галлии акустических колебаний продольной и поперечной поляризаций, что подтверждается экспериментальными данными по неупругому рассеянию нейтронов и рентгеновских лучей. Установлено, что плотность вибрационных состояний полностью воспроизводится обобщенной дебаевской моделью, которая позволяет выполнить разделение общего колебательного движения частиц на отдельные вклады, связанные с формированием акустических волн продольной и поперечной поляризаций. Сопоставление высот низкочастотной компоненты и высокочастотного максимума в спектральной плотности вибрационных состояний также обнаруживает температуру K, при которой с понижением температуры диффузионный характер одночастичной динамики сменяется колебательным. Демонстрируется, что модифицированное соотношение Эйнштейна - Стокса может быть получено в рамках обобщенной дебаевской модели.