Dynamics of ternary liquid mixtures: Generalized collective modes analysis

Abstract

A parameter-free generalized collective modes (GCM) approach is applied to the study of longitudinal and transverse dynamics in a ternary Lennard-Jones liquid mixture. Spectra of collective excitations are calculated in a wide range of wavenumbers starting from the hydrodynamic region and up to the range of molecular regime. Several simplified dynamical models are used in order to estimate the origin of branches in the spectra of collective excitations. This analysis permits to establish a crossover from a “coherent” to “partial” type of collective dynamics in the dispersion laws of propagating collective modes. The ”coherent” type of collective dynamics is observed in the hydrodynamic region and is represented by sound modes (in the transverse case – shear waves) and propagating optic-like excitations, while in the range of “partial” dynamics (intermediate and large wavenumbers) the dynamical properties are mainly determined by correlated “partial” motions of particles of each species. Within the GCM scheme used the number of propagating optic-like modes, identified in this study, is simply related to the number of components in a multi-component mixture, and this has a close analogy in the dynamics of solids.

Пiдхiд узагальнених колективних мод (УКМ), що не мiстить жодних вiльних параметрiв, використано для дослiдження повздовжньої i поперечної динамiки потрiйної рiдкої Леннард-Джонсiвської сумiшi. Розраховано спектри колективних збуджень у широкiй областi змiни значень хвильового вектора – вiд гiдродинамiчної i до областi молекулярного режиму. Для з’ясування механiзмiв формування колективних збуджень, що спостерiгаються у спектрах, використано кiлька спрощених динамiчних моделей. Проведений аналiз дозволив виявити кросовер вiд когерентної до парцiальної динамiки у дисперсiйних залежностях, отриманих для пропагаторних колективних збуджень. Когерентний тип динамiки спостерiгається у гiдродинамiчнiй областi i асоцiюється iз звуковими модами (зсувними хвилями у випадку поперечної динамiки) та пропагаторними збудженнями оптичного типу. В областi парцiальної динамiки (промiжнi i великi значення хвильових векторiв) динамiчнi властивостi визначаються в основному скорельованими парцiальними рухами частинок кожного iз сортiв. В рамках використаного пiдходу УКМ число пропагаторних збуджень оптичного типу, якi є iдентифiкованi у цьому дослiдженi, визначається числом компонент у багатокомпонентнiй сумiшi, що має пряму аналогiю у динамiцi твердотiльних систем.