ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Квантово-статистическая модель из "Физико-химия нанокластеров наноструктур и наноматериалов" Еще одной характеристикой различия твердого и жидкого состояния кластера может служить легкость замены одного атома или молекулы на такую же, но в другом месте кластера и соответственно время такого обмена. [c.193] Кластеры могут и не проявлять твердого или жидкого состояния, а находится в некотором состоянии слякоти . Кластеры большинства веществ находятся в твердом состоянии при низких энергиях или низких температурах и в жидком состоянии при высоких температурах и энергиях. В промежутке между этими случаями может быть и состояние слякоти , или сосуществования твердого и жидкого состояний, подобно химическим изомерам. Кластерные состояния могут быть обнаружены и изучены в эксперименте или с помощью компьютерного вычисления, о чем речь пойдет в следующем пункте. [c.193] Здесь д описывает вырождение Е, уровня энергии. Квантово-статистическому вычислению функции 2 = /(Г) посвящено офомное число работ, поскольку ее знание дает практически все для равновесной системы с числом состояний N и при данной температуре Т. Для кластера с уменьшенным числом N по сравнению с массивным твердым телом, естественно, появляются перспективы вычисления Z. [c.193] Введение этого нового параметра приводит к тому, что энергии состояний, парциальные функции и свободные энергии становятся функциями 7. [c.194] В качестве расчета состояний для твердого тела можно использовать эйнштейновскую, дебаевскую модель или модель гармонического осциллятора, которые качественно дадут правильный результат для описания равновесного состояния кластера. Для жидкого состояния кластера используется модель Гартенхауза—Шварца [10], развитая первоначально для атомного ядра ядра. [c.195] Эта картина дает возможность представить читателю случаи, когда один из кластеров может иметь определенную температуру замерзания, ниже которой стабильны только твердотельные формы, и определенную температуру плавления, выше которой стабильны только жидкие формы. Необходимо отметить, что для кластера температура плавления и температура замерзания не совпадают. Это описание в принципе пригодно для кластеров, которые обладают отчетливой твердой и жидкой формой и которые проводят достаточно времени, чтобы обозначить существование этих двух форм. В действительности, только некоторые кластеры удовлетворяют этим условиям [9]. На примере простейших кластеров из атомов инертных газов оказывается, что только кластеры Аг , ЛГ з, ЛГ 5 и АГ19 удовлетворяют этим условиям. Другие кластеры — Аг и Агн — имеют поверхность потенциальной энергии в виде формы потенциальной ямы с большими изношенными ступеньками, которые, однако, не позволяют образовывать стабильных твердых или жидких состояний. Еще один тип кластера Агп совершает быстрые флуктуации из твердого в быстрые состояния, так что вообще не приходится говорить о существовании твердого и жидкого состояния, а можно говорить о состоянии, подобном слякоти. На рис. 5.6 изображены три вида потенциальных ям, из которых только верхняя приводит к возникновению фазового равновесия, прокомментированного ранее. [c.196] Интересен и временной аспект существования твердой и жидкой фазы в кластерах и переходов между ними. Сколько надо времени, чтобы наблюдать фазу В рамках термодинамики, естественно, нельзя ответить на этот вопрос, и необходимо вернутся к динамике процесса. Все должно определяться временем равновесия процесса и временем измерения. Для больщих времен наблюдения по сравнению с временем установления равновесия можно получать усредненную картину по времени от отдельных фаз, при малых временах будут получаться характерные для данной температуры снимки с меняющимся соотношением фаз. [c.196] Вернуться к основной статье