Collective oscillations of systems of Xe atoms in a groove between two carbon nanotubes

Анотація

Методом молекулярної динаміки досліджено колективні коливання систем атомів Xe, які адсорбовані у канавці між двома вуглецевими нанотрубками. Розглянуто одновимірні та триланцюгові структури атомів, що виникають у таких канавках залежно від кількості частинок, температури та зовнішніх потенціалів. Показано, що нескінчені одновимірні структури ксенонових атомів при кінцевих температурах є стійкими лише за наявності таких потенціалів, що діють у напрямку, який є нормальним до осі структури. Знайдено спектр коливань, який знаходиться у відповідності до теоретичних розрахунків законів дисперсії колективних мод. Вивчено колективні коливання триланцюгових структур. Теоретичний розрахунок законів дисперсії мод, який проведено методом рівнянь руху для малих зміщень атомів з положення рівноваги, показав, що колективні моди системи виявляють велику схожість з відповідними законами дисперсії одновимірного ланцюга атомів. Водночас встановлено, що виникає торсіонна мода, яка характерна саме для триланцюгової структури. Розрахунок добре узгоджується зі спектром коливань, який отримано методом молекулярної динаміки. З використанням встановленої дисперсії мод у рамках моделі Ейнштейна обчислено теплоємність ксенонових ланцюжків. Результати розрахунку перебувають у добрій згоді з експериментальними даними в області температур до 35–40 К, що може бути пояснено, якщо припустити наявність одновимірних та триланцюгових структур атомів ксенону, які адсорбовані у канавках між вуглецевими нанотрубками. Досліджено вплив температури на стабільність атомарних структур ксенону між нанотрубками та показано, що одновимірні структури починають дефрагментуватися при температурі, більше ніж 60 К, а триланцюгові більше ніж 90 К.