Динамические свойства поверхности меди при низких температурах

Abstract

Вперше методом молекулярної динамiки (МД) з кольоровим шумом, який дозволяє вiдтворювати у комп’ютерному експериментi квантову статистику Бозе–Енштейна, вивченi спектри коливань поверхнi (111) мiдi. Визначено залежностi розподiлу фононiв за частотами в приповерхневих шарах для рiзних температур. Показано, що класична методика МД моделювання не може використовуватися для вивчення динамiчних властивостей кристалiв при низьких температурах. Для адекватного опису поведiнки систем при температурах, нижче температури Дебая, необхiдно використовувати МД розрахунки з кольоровим шумом. Дослiджена температурна залежнiсть середньоквадратичних амплiтуд коливань атомiв у приповерхневих шарах мiдi. Показано, що врахування квантової статистики, на вiдмiну вiд класичного МД моделювання, призводить до появи лiнiйної залежностi амплiтуди поверхневих коливань в областi температур нижче 100 К. Методом комп’ютерного моделювання завбачено новий ефект: делокалiзацiя поверхневих коливань в областi низьких температур.

For the first time, the method of molecular dynamics with color correlated noise, allowing one to reproduce the Bose–Einstein quantum statistics in the quantum experiment, is used for investigations into the vibration spectrum of a (111) copper surface. The dependences of the frequency background distribution in the near-surface layers are calculated for various temperatures. It has been found that the classical MD modeling is not applicable to the study of dynamic crystal properties in the low-temperature region. The adequate description of the systems at temperatures below the Debye temperature requires the use of molecular dynamics with color correlated noise calculations. The root-mean-square deviations of atoms in the near-surface copper layer as a function of the temperature are investigated. The study has shown that the introduction of the quantum statistics, unlike the classical simulation, leads to the onset of a linear dependence of the surface vibration amplitude in the low-temperature region. Using the computer simulation, a new effect is predicted:delocalization of surface vibrations in the low-temperature range.