Физика и астрономия. Рубрика в журнале - Математическая физика и компьютерное моделирование
Статья научная
This article gives a brief overview of the long-standing collabora- tion between our experimental spectroscopy group in Geneva and the theoretical group lead by Prof. A.I. Ivanov in Volgograd. This fruitful collaboration resulted in a significant increase of our understanding of the dynamics of several ultrafast charge-transfer processes in the condensed phase.
Бесплатно
Conformal cyclic phantom energy dominated cosmological scenario from loop quantum cosmology
Статья научная
Phantom energy dominated final stages of the universe is analyzed with the conformal cyclic scenario. Quantum cosmological implementation on conformal cyclic cosmology is attempted in this work. The conformal emergence of the quantum cosmological scenario is discussed. It is shown that the classical universe will not be completely ripped off at phantom dominated final stages. Further extension of evolution through conformal cyclic evolution is predicted. This article is intended to connect loop quantum formalism with conformal cyclic cosmological formalism.
Бесплатно
Dynamics of the magnetization of a single-domain deformed soft magnetic ferromagnet
Статья научная
On the basis of the quantum model taking into account the Zeeman energy and the energy of the crystal field, dynamic equations of Landau - Lifshitz - Hilbert type for the magnetization of the deformed single-domain α-Fe crystal are obtained. The domain deformation is taken into account in the framework of a linear approximation. The equations of motion are solved numerically using the Adams - Multon, Rosenbrock, and RADAU5 methods. It is shown that for some values of the model parameters, the dependence of the magnetization on the strength of an external magnetic field has the characteristic form of a hysteresis loop. Qualitative agreement of the model dependence of the coercive force on the applied longitudinal pressure with similar experimental data for various steel grades Durehete 1055, AS1548-7-46OR, X70, 11HN3D is obtained.
Бесплатно
Effect of vibrational transitions on the nonthermal charge transfer probability
Статья научная
In the framework of the stochastic approach, the effect of transitions between the vibrational sublevels of products on the ultrafast dynamics of “hot” (non-thermal) electron transfer in donor - acceptor complexes dissolved in a polar medium has been investigated. An analytical expression has been obtained for the probability of electron transfer, which takes into account the transition between the vibrational states of products and the mutual influence of sinks. Quantitative estimates of the scale of the mutual influence of sinks on the probability of electron transfer are made.
Бесплатно
Features of the electronic structure of excited quadrupolar molecules in non-polar solvents
Статья научная
Interactions of the electronic subsystem of the quadrupolar fluorophore with intramolecular highfrequency antisymmetric vibrations and solvent polarization are responsible for charge transfer symmetry breaking (SB), which is observed after optical excitation of such molecules in polar solvents. It is known that although these two interactions are mathematically described in similar ways, only the interaction of the fluorophore with solvent orientational polarization can create a state with broken symmetry if this interaction is strong enough. Nevertheless, the interaction of a quadrupolar fluorophore with intramolecular highfrequency antisymmetric vibrations in nonpolar solvents leads to a considerable reconstruction of the electronic subsystem. The analysis of the excited state of quadrupolar molecules in nonpolar solvents performed in this study reveals that such molecules can behave like quantum twostate systems, that is, as a quasispin = 1/2, having an electric dipole moment instead of a magnetic one. This feature of excited quadrupolar molecules may be of interest to emerging technologies of molecular electronics.
Бесплатно
Статья научная
In this paper, we study the influence of acoustic and magnetic fields on the propagation of the two-dimensional light bullet in an array of carbon nanotubes. The acoustic field is taken into account in the framework of the gauge theory. A magnetic field is applied along the nanotube axis and leads to a change in the electronic spectrum of π-electrons. It is shown that the pulse stably pro-pagates in the medium, taking into account both of these factors. In this case, themagnetic field and tension slow down the pulse, as well as change its amplitude.
Бесплатно
Статья научная
A detailed analysis of the results of numerical simulation of the outer spiral structure in a gaseous galactic disk caused by the presence of non-axisymmetry in the distribution of matter in a dark halo have been fulfilled. The result obtained in our previous work [8] that the non-axisymmetry of the gaseous disk is less than the non-axisymmetry in the dark mass distribution for disks with a spiral structure extending far beyond the optical radius, have been confirmed. Also, the result has been generalized for the dark halo model, which is spherical within the optical radius and non-axisymmetric beyond it.
Бесплатно
Piezoconductivity of chiral carbon nanotubes in the framework of the tight-binding method
Статья научная
The results of a theoretical study of the piezoresistive properties of chiral carbon nanotubes with different types of conductivity are presented in this paper. An analytical expression for an electron spectrum of the chiral deformed carbon nanotubes has been obtained using the tight-binding method. External mechanical loads lead to band gap changes of the studied nanoparticles, which has an indirect influence on its conductivity. This change of conductivity due to a deformation is called piezoresistance effect, which is characterized by piezoresistive constants. In the framework of the Hubbard model and the Green function method, an analytic calculation of such constants, the longitudinal component of the elastoconductivity tensor, has been carried out. Its dependence on nanotubes’diameter, the magnitude of relative deformation of longitudinal compression and stretching are investigated.
Бесплатно
The use of the MCNP code for radiation damage calculations
Статья научная
This work gives a detailed analysis of the result of Monte Carlo physics practical using MCNP. This paper describes basic concepts of the Monte Carlo theory of radiation transport calculation and also discusses the variance and the history method as used in Monte Carlo Problem solving. Therefore, in this exercise the MCNP code has been used to solve and estimate the number of neutron flux. The paper investigates the impact of the primary radiation damage in iron by neutron energy irradiation. The established measurement of radiation damage is the displacements per atom (dpa) in matter as a function of neutron energy. The simulations were carried out to calculate the dpa cross section.
Бесплатно
Влияние атомно-молекулярного строения на туннельные характеристики в углеродных наноструктурах
Статья научная
В данной работе исследуется воздействие атомно-молекулярного строения графеновых нанолент на их свойства, а также поведение данных материалов в экстремальных условиях - в электрических и магнитных полях.
Бесплатно
Влияние переменного электрического поля на систему DPPC-мембраны в водном растворе NaCl
Статья научная
В работе представлено исследование влияния переменного электрического поля на DPPC-мембрану, погруженную в водный раствор с ионами NaCl. В исследовании была использована крупно-зернистая модель DPPC-мембраны. Моделирование молекулярной динамики было проведено с использованием пакета для молекулярной динамики GROMACS. Анализ результатов основывался на регистрации изменения распределения заряда таких групп частиц, как: PO4, NC3, Na и Cl. С целью выявления у данной системы свойств, характерных для конденсатора, был проведен расчет зависимости значения общего заряда ионов Na и Cl к разности потенциалов на коробке исследуемой системы. Полученные результаты могут быть использованы как дополнение к практическим исследованиям, а также применены для теоритеческого исследования электрофизических свойств липидных мембран.
Бесплатно
Влияние формы неосесимметричного темного гало на морфологию внешнего спирального узора галактик
Статья научная
В работе представлены результаты численного моделирования газового галактического диска, вращающегося во внешнем неосесимметричном потенциале темного гало. Рассмотрены различные распределения вещества в темном гало, которые в модели определяются функциональной зависимостью параметра неосесимметрии от радиуса галактики. Проведено исследование влияния формы неосесимметричного гало на морфологию формирующейся спиральной структуры далеко за пределами оптического радиуса диска.
Бесплатно
Статья научная
В работе проведена оценка возможных погрешностей, возникающих при моделировании атмосферного радиационного переноса солнечного излучения в УФ-диапазоне за счет использования различных современных данных по сечениям поглощения озона и диоксида азота. Проведено сопоставление расчетных данных о прозрачности атмосферы, а также прямого и диффузно рассеянного потока солнечного излучения на поверхности Земли при регистрации наземными приборами различного спектрального разрешения. Проанализированы спектроскопические погрешности восстановления общего содержания озона в вертикальном столбе атмосферы при измерениях прозрачности атмосферы с использованием солнечных фотометров серии SPM, разработанных в ИОА СО РАН. В нашей работе для расчета атмосферного поглощения в УФ-диапазоне были использованы данные по сечениям поглощения озона Bass, Daumont, Molina, Serdyuchenko и диоксида азота Bogumil, Burrows, JPL. Показано, что при высоком спектральном разрешении 0,02-0,06 нм различие в атмосферном пропускании, вычисленном с данными по сечениям поглощения озона Serdyuchenko и Bass, достигает 18,4 % для летних метеорологических условий Волгограда и 22,3 % для Томска в спектральном интервале вблизи 305 нм, который часто используется для восстановления общего содержания озона в атмосфере. Был проведен также расчет потоков УФ-излучения, измеряемых солнечным фотометром SPM для типичных условий Волгограда и Томска. В этом случае спектральное разрешение является более грубым (величиной порядка 10 нм), а различие в пропускании атмосферы за счет сечений поглощений озона составило менее 2 %. Применение данных Molina дает различие в суммарном нисходящем потоке относительно данных Bass до 1,8 %, что может привести к погрешности определения озона не более 4 %. Использование различных данных по сечениям поглощения NO2 в диапазоне 250-400 нм не оказывает значительного влияния на расчеты пропускания. Различие в пропускании составляет не более чем 0,9 %.
Бесплатно
Вычисление тензора эффективной массы в ε- и ξ-фосфорене методом теории функционала плотности
Статья научная
В работе из закона дисперсии электронов в зоне проводимости различных аллотропных модификаций фосфорена, рассчитанного с помощью теории функционала плотности, получен тензор эффективной массы. Для расчетов использовался пакет квантовохимического моделирования, OpenMX, который значительно сокращает время расчетов для систем, состоящих из сотен и тысяч атомов. Сравнение полученных результатов тензоров для черного и синего фосфорена с другими работами показало корректность используемых методов, которые в дальнейшем были применены для других,менее изученных аллотропных модификаций фосфорена. В частности, были изучены ε- и ξ-фосфорен, которые отличаются негексагональной кристаллической решеткой с непрямой запрещенной зоной. Это может быть интересно с точки зрения обнаружения в этих материалах интересных акусто-электронных свойств, например, резонансного поглощения акустических волн. Проведены параллели между аллотропами. С точки зрения тензоров эффективной массы ε-фосфорен изотропен как и синий, а ξ-фосфорен, напротив, имеет неизотропную структуру, как у черного фосфорена. Полученные в ходе исследования результаты могут быть использованы в дальнейшем изучении физических свойств материалов, например, таких, как проводимость, фотогальванические и акусто-электронные эффекты.
Бесплатно
Газопылевые структуры в окрестности рукавов спиральных галактик
Статья научная
Построена двумерная модель течения газопылевой межзвездной среды в окрестности спирального рукава галактики. Рассмотрено течение в вертикальной плоскости, поперечной к плоскости диска. Учтены эффекты неадиабатичности течения (объемные нагрев и охлаждение газа излучением). Баланс нагрева и охлаждения обеспечивает сосуществование двух фаз - холодных парсекового размера облаков атомарного водорода и теплого межоблачного газа. В рассмотрение включена полидисперсная пыль, представленная тремя фракциями частиц разных размеров и масс. Частицы пыли обладают конечной инерцией, их движения не повторяют в точности движение газа. Учтена турбулентность в диске и спиральном рукаве. Рассмотрены модели, в которых используются разные сочетания расположения источников турбулентности в диске и/или рукаве. Основные результаты, полученные методами компьютерного гидродинамического моделирования, следующие: 1) Облака по мере прохождения через спиральный рукав претерпевают существенные трансформации. Значительная часть облаков абсорбируется в тонкий плотный облачный слой, протягивающийся в спиральном рукаве вдоль экваториальной плоскости в окрестности центра рукава и имеющий размер приблизительно в половину ширины рукава. Меньшая часть облаков проходит без разрушения или с частичным разрушением сквозь рукав, испытывая по ходу движения сильные деформации. Мелкомасштабная облачная компонента частично восстанавливается под действием турбулентности, возмущающей протяженный облачный слой внутри рукава и частично разрушающий его на отдельные фрагменты. 2) На задней по отношению к натекающему потоку газа стороне рукава формируется клинообразная галактическая ударная волна, присоединенная к заднему краю протяженного облачного слоя. Течение, ограниченное ударной волной, имеет характер струи, совершающей квазипериодические поперечные колебания. Причиной колебаний, по-видимому, является неустойчивость сдвигового течения, поскольку внутри струи вдоль потока и под небольшим углом к ударным фронтам формируются тангенциальные разрывы. 3) Пылевые частицы увлекаются турбулентными вихрями и выносятся на высоты 150-200 пк над плоскостью диска, что естественным образом объясняет существование хаотических волокнистых пылевых структур, протягивающихся над галактическим диском на высоты в несколько сотен парсек. 4) Пылинки по-разному распределены внутри вихрей. Пылинки размерами в 0,01-0,1 мкм легче кластеризуются, чем более крупные пылинки радиусом 1 мкм. 5) Турбулентность служит механизмом, позволяющим эффективно запирать пылевые частицы на передней стороне спирального рукава. Как показывает моделирование, пылевые прожилки отчетливее выражены на передней стороне рукава.
Бесплатно
Гидродинамический механизм формирования и коллимации струй в молодых звездных объектах
Статья научная
Представлены результаты численного гидродинамического моделирования эволюции ударных оболочек в молодых звездных объектах. Показано, что в процессе расширения такой оболочки внутри нее посредством развития последовательности «выброс - тор - торнадо - джет» формируется медленно вращающаяся сверхзвуковая коллимированная струя, сформированная из вещества околозвездного диска. Механизм возникновения и коллимации струйного течения является чисто гидродинамическим и основывается на выполнении закона сохранения углового момента; он должен работать для всех аккреционно-струйных систем, а наличие дополнительных факторов (например, магнитных полей) способно модифицировать такой механизм, но не устранить его.
Бесплатно
Динамика малых возмущений в неравновесном колебательно-возбужденном газе
Статья научная
В линейном приближении построена математическая модель неравновесного колебательно-возбужденного газа с экспоненциальной моделью релаксации, учитывающая зависимости параметров акустически активной среды (времени релаксации, функций нагрева и охлаждения) от плотности и температуры. Изучены дисперсионные свойства неустойчивых звуковых и энтропийных мод, получены оценки акустического инкремента и определены границы устойчивости малых возмущений в зависимости от степени неравновесности среды (интенсивности нагрева), моделей релаксации и охлаждения. Получено, что параметры линейной модели, определяющие зависимости функций нагрева и охлаждения от плотности и температуры, оказывают сильное влияние как на акустический инкремент, так и на фазовую скорость неустойчивых звуковых волн. Показано, что при определенных значениях интенсивности нагрева и параметров функции охлаждения скорость звука оказывается аномально высокой как в низкочастотной области спектра (звук - инфразвук), так и для высокочастотных гармоник (звук - ультразвук).
Бесплатно
Задача об образовании гидрата в слое снега при нагнетании холодного газа
Статья научная
В работе представлена математическая модель процесса образования гидрата метана при нагнетании холодного газа в слой снега, в начальном состоянии насыщенный тем же газом. Рассмотрена некоторая предельная диффузионная схема, согласно которой интенсивность гидратообразования лимитируется диффузией газа через гидратную корку, образующуюся между снегом и газом, и определяется введением лишь одного параметра, имеющего размерность коэффициента диффузии. Пренебрегая диффузионным сопротивлением, имеет место равновесная по фазовым переходам фильтрация, что соответствует предельному случаю, когда приведенный коэффициент диффузии стремится к бесконечности, то есть реализуется равновесный режим. Полученная в работе система уравнений с начальными и граничными условиями была решена методом конечных разностей с использованием явной схемы.В результате численного исследования получена динамика давления, температуры, гидратонасыщенности и снегонасыщенности в случаях диффузионной и равновесной схем. Показано, что значительное влияние на интенсивность процесса гидратообразования оказывают исходные величины снегонасыщенности, давления, значения проницаемости массива. Выявлено, что с ростом приведенного коэффициента диффузии процесс образования гидрата стремится к равновесному по фазовым переходам режиму. Установлено, что интенсивный рост гидрата реализуется в равновесном режиме.
Бесплатно
Статья научная
Методом масс-спектрометрии отрицательных ионов резонансного захвата медленных (0-15 eV) электронов исследованы молекулы 2-кумаранона. Данное вещество широко применяется в качестве платформы, на которой строятся хемилюминесцентные зонды. Анализ каналов распада молекулярных отрицательных ионов (ОИ) на стабильные фрагменты с использованием результатов квантово-химических расчетов в приближении теории функционала плотности, позволил определить наиболее вероятные структуры осколочных ионов ([M - H]-, [M - 2H]-, [M - СО]-).
Бесплатно
Статья научная
На основе аналитических выражений для динамических коэффициентов диэлектрической проницаемости 𝜖1(ν) и диэлектрических потерь 𝜖2(ν), полученных ранее методом кинетических уравнений для растворов электролитов, с учетом вкладов обобщенного потенциала взаимодействия ионно-молекулярных систем, исследована частотная дисперсия этих коэффициентов и проведены численные расчеты в зависимости от температуры 𝑇, плотности ρ и концентрации для растворов иодида лития. Полученные результаты численных расчетов находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными для водных растворов электролитов иодида лития.
Бесплатно
