Іленков І. А. Колективні збудження в рідинах з асоціатами на основі першопринципного моделювання

Дисертаційна робота присвячена дослідженню колективних збуджень в рідинах з асоціатами із використанням методів комп'ютерного моделювання ab initio молекулярної динаміки (AIMD) та теоретичного аналізу на основі підходу узагальнених колективних мод в рамках узагальненої гідродинаміки. Об'єктами досліджень виступали розплав стибію та флюїд водню за високих тисків. Знаходження власних значень та векторів узагальненої гідродинамічної матриці, що еквівалентно розв'язанню узагальненого рівняння Ланжевена в матричній формі, дає теоретичний опис залежних від часу кореляцій густин та потоків частинок у рідинах. Цей підхід дозволяє встановити природу колективних збуджень та знайти поведінку колективних мод поза межами гідродинамічної області. Було проведено аналіз структурних та динамічних особливостей розплаву стибію. Отримано радіальну функцію розподілу частинок, особливістю якої плече в межах першої координаційної сфери. За результатами дослідження часової еволюції відстаней між найближчими сусідами було встановлено, що зазначене плече відповідає положенням квазі-зв'язаних пар атомів. Застосовано п'яти-змінну термо-в'язкопружну модель, що вдало відтворювала кореляційні функції, отримані з першопринципного комп'ютерного моделювання AIMD. Показано, що одна з двох спостережуваних поширювальних мод характеризується розширеною пласкою ділянкою у дисперсії колективних збуджень, яка добре узгоджується з результатами моделювань AIMD. Додатково встановлено, що колективні збудження квазі-зв'язаних пар мають пласку дисперсію для усіх досліджуваних значень хвилевого числа k, що не є характерним для інших виявлених мод. Досліджено колективну динаміку молекулярного флюїду водню. Застосування п'яти змінної термо-в'язкопружної моделі узагальненої гідродинаміки здійснено для відтворення чотирьох колективних часових кореляційних функцій, отриманих з моделювань AIMD. Встановлено, що застосування уявної частини функції відгуку густини та кореляційної функції похідних поздовжнього потоку для знаходження невідомих статичних кореляторів та кореляційних часів в узагальненій гідродинамічній матриці добре відтворює спектральні характеристики функцій поздовжнього потоку, а також дисперсію колективних збуджень. Показано довгохвильові асимптоти ~k^2 для статичних кореляторів часових похідних поздовжнього та поперечного потоків. Підтверджено правильну гідродинамічну поведінку дисперсії та загасання для комплексних власних значень отриманих з методу узагальнених колективних мод у довгохвильовій області. Проведено аналіз структурних та динамічних особливостей флюїду водню в області індукованого тиском переходу від молекулярного до атомарного стану. Встановлено дисперсію колективних збуджень для ряду густин за температури 2500 К. Отримана залежність від густини адіабатичної та високочастотної швидкості поширення звуку містить плато в області переходу від молекулярного до атомарного станів. Показано, що п'ятизмінна термо-в'язкопружна модель вдало відтворює часові кореляційні функції, одержані з AIMD, для чисто атомарного флюїду водню. Запропоновано використання моделі хімічно реакційних розчинів та способу розділення внесків до часових кореляційних функцій через парціальні компоненти молекулярної та атомарної підсистем.