Структурные особенности плотных упаковок твердых сфер. Критические плотности
Аникеенко А.В., Медведев Н.Н.
Ключевые слова: твердые сферы, структура неупорядоченных систем, предельная плотность, структура жидкости, структура аморфной фазы, кристаллизация, плотные упаковки твердых сфер
Страницы: 823-830
Подраздел: МАТЕРИАЛЫ XIII СИМПОЗИУМА ПО МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОМУ ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ И КОНФОРМАЦИЯМ МОЛЕКУЛ
Аннотация
Для упаковок одинаковых твердых сфер существует несколько характерных значений плотности. Во-первых, это максимально возможная степень заполнения пространства сферами h = 0,74, реализующаяся при кристаллической укладке сфер. Другое известное значение h = 0,64 является предельным (критическим) для существования неупорядоченной упаковки. Мы указываем еще на два характерных значения плотности h = 0,60 и h = 0,66, в окрестностях которых происходят качественные структурные изменения. Исследованы компьютерные модели упаковок твердых сфер в интервале плотностей 0,52 < h < 0,72. Каждая упаковка состояла из 10 000 сфер в кубе с периодическими граничными условиями. Структурные особенности изучены с помощью симплексов Делоне, характеризующих расположение четырех ближайших атомов. Рассмотрены симплексы, которые близки к правильному тетраэдру или квартоктаэдру (четверти октаэдра). Эти формы характерны для плотнейших кристаллических структур. Изучено изменение доли и соотношения таких симплексов в зависимости от плотности упаковки. Согласно полученным результатам, пороговое значение h = 0,60 соответствует плотности, после которой начинает существенно возрастать скоррелированность в неупорядоченном расположении сфер. При значении h = 0,64 структурная организация меняется более радикально: большие плотности требуют возникновения локальных кристаллических ядер. Плотность h = 0,66 является предельной для существования кристаллических ядер как независимо распределенных областей. Более плотные упаковки возможны только при возникновении в них глобальной кристаллической структуры.
|
