Universal structural properties of three-dimensional and two-dimensional melts

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A brief overview of the key methods for analyzing the structure of three-dimensional (3D) matter is given by using as an example melts of simple model systems like Lennard-Jones, Yukawa, and inverse power law. The behavior of simple structural measures characterizing matter near the melting line is considered in fine detail, and their advantages and disadvantages are discussed. Some indicators that characterize liquid near the melt line are proposed, and their universality and applicability for determining structure of melts of real liquids are discussed. Finally, the structural properties of two-dimensional (2D) liquids are compared with 3D ones. For 2D systems, simple universal criteria of melting are proposed, and their universality is shown using as an example a Yukawa system.

About the authors

Boris Aleksandrovich Klumov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: klumov@ihed.ras.ru
ORCID iD: 0000-0003-4896-3925
Candidate of physico-mathematical sciences, no status

References

  1. Yang Y., Nature, 592 (2021), 60
  2. Hirata A., Science, 341 (2013), 376
  3. Lindemann F., Phys. Z., 11 (1910), 609
  4. Hansen J.-P., Verlet L., Phys. Rev., 184 (1969), 151
  5. Raveche H. J., Mountain R. D., Streett W. B., J. Chem. Phys., 61 (1974), 1970
  6. Gnan N., J. Chem. Phys., 131 (2009), 234504
  7. Hansen J. P., McDonald I. R., Theory of Simple Liquids, 3rd ed., Elsevier. Academic Press, Amsterdam - Boston, MA, 2007
  8. Hansen J.-P., Schiff D., Mol. Phys., 25 (1972), 1281
  9. Agrawal R., Kofke D. A., Mol. Phys., 85 (1995), 23
  10. Hamaguchi S., Farouki R. T., J. Chem. Phys., 101 (1994), 9876
  11. Dubin D. H. E., O'Neil T. M., Rev. Mod. Phys., 71 (1999), 87
  12. Hamaguchi S., Farouki R. T., Dubin D. H. E., Phys. Rev. E, 56 (1997), 4671
  13. Plimpton S., J. Comput. Phys., 117:1 (1995), 1
  14. Weber T. A., Stillinger F. H., Ann. New York Acad Sci., 371 (1981), 335
  15. Белащенко Д. К., УФН, 183 (2013), 1281
  16. Белащенко Д. К., УФН, 190 (2020), 1233
  17. Saija F., Prestipino S., Guaquinta P. V., J. Chem. Phys., 124 (2006), 244504
  18. Khrapak S., Klumov B., Couëdel L., Sci. Rep., 7 (2017), 7985
  19. Dyre J. C., J. Phys. Chem. B, 118 (2014), 10007
  20. Ingebrigtsen T. S., Schroder T. B., Dyre J. C., J. Phys. Chem. B, 116 (2012), 1018
  21. Costigliola L., Schroder T. B., Dyre J. C., Phys. Chem. Chem. Phys., 18 (2016), 14678
  22. Жаховский В. В., ЖЭТФ, 105 (1994), 1615
  23. Ryltsev R. E., Chtchelkatchev N. M., Phys. Rev. E, 88 (2013), 052101
  24. Prestipino S., Saija F., Guaquinta P. V., J. Chem. Phys., 123 (2005), 144110
  25. Brazhkin V. V., Phys. Rev. E, 85 (2012), 031203
  26. Бражкин В. В., УФН, 182 (2012), 1137
  27. Бражкин В. В., УФН, 189 (2019), 665
  28. Фортов В. Е., УФН, 174 (2004), 495
  29. Fortov V. E., Morfill G. E. (Eds.), Complex and Dusty Plasmas: From Laboratory to Space, CRC Press-Taylor and Francis, Boca Raton, FL, 2010
  30. Fortov V. E., Phys. Rep., 421 (2005), 1
  31. Morfill G. E., Ivlev A. V., Rev. Mod. Phys., 81 (2009), 1353
  32. Bonitz M., Henning C., Block D., Rep. Prog. Phys., 73 (2010), 066501
  33. Нефедов А. П., Петров О. Ф., Фортов В. Е., УФН, 167 (1997), 1215
  34. Nefedov A. P., New J. Phys., 5 (2003), 33
  35. Mitic S., Phys. Rev. Lett., 101 (2008), 125002
  36. Khrapak S. A., Phys. Rev. Lett., 106 (2011), 205001
  37. Khrapak S. A., Phys. Rev. E, 85 (2012), 066407
  38. Khrapak S. A., Klumov B. A., Phys. Plasmas, 27 (2020), 024501
  39. Minakov D. V., Levashov P. R., Phys. Rev. B, 92 (2015), 224102
  40. Voronoi G., J. reine angew. Math., 1908:134 (1908), 198
  41. Finney J. L., Proc. R. Soc. Lond. A, 319 (1970), 479
  42. Brostow W., Phys. Rev. B, 57 (1998), 13448
  43. Larsen P. M., Schmidt S., Schiotz J., Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 24 (2016), 055007
  44. Cheng Y. Q., Ma E., Prog. Mater. Sci., 56 (2011), 379
  45. Peng H. L., Appl. Phys. Lett., 96 (2010), 021901
  46. Huang L., Wang C. Z., Ho K. M., Phys. Rev. B, 83 (2011), 184103
  47. Chen M., NPG Asia Mater., 3 (2011), 82
  48. Richard P., Europhys. Lett., 48 (1999), 415
  49. Mickel W., J. Chem. Phys., 138 (2013), 044501
  50. Debenedetti P. G., Stillinger F. H., Nature, 410 (2001), 259
  51. Hirata A., Nat. Mater., 10 (2011), 28
  52. Klumov B. A., Ryltsev R. E., Chtchelkatchev N. M., Письма в ЖЭТФ, 104 (2016), 568
  53. Klumov B. A., Ryltsev R. E., Chtchelkatchev N. M., J. Chem. Phys., 149 (2018), 134501
  54. van Meel J. A., J. Chem. Phys., 136 (2012), 234107
  55. Xiao F., Yin X., Comput. Math. Appl., 72 (2016), 328
  56. Pustylnik M. Y., Phys. Rev. Res., 2 (2020), 033314
  57. Bernal J. D., Proc. R. Soc. Lond. A, 280 (1964), 299
  58. Steinhardt P. J., Nelson D., Ronchetti M., Phys. Rev. Lett., 47 (1981), 1297
  59. Steinhardt P. J., Nelson D. R., Ronchetti M., Phys. Rev. B, 28 (1983), 784
  60. Mitus A. C., Patashinskii A. Z., Phys. Lett. A, 87 (1982), 179
  61. Mitus A. C., Patashinskii A. Z., Phys. Lett. A, 98 (1983), 31
  62. ten Wolde P. R., Ruiz-Montero M. J., Frenkel D., J. Chem. Phys., 104 (1996), 9932
  63. Errington J. R., Debenedetti P. G., Torquato S., J. Chem. Phys., 118 (2003), 2256
  64. Клумов Б. А., Письма в ЖЭТФ, 97 (2013), 372
  65. Клумов Б. А., Письма в ЖЭТФ, 98 (2013), 296
  66. Torquato S., Truskett T. M., Debenedetti P. G., Phys. Rev. Lett., 84 (2000), 2064
  67. Luchnikov V., J. Mol. Liq., 96–97 (2002), 185
  68. Anikeenko A. V., Medvedev N. N., Phys. Rev. Lett., 98 (2007), 235504
  69. Jin Y., Makse H. A., Physica A, 389 (2010), 5362
  70. Klumov B. A., Khrapak S. A., Morfill G. E., Phys. Rev. B, 83 (2011), 184105
  71. Klumov B. A., Jin Y., Makse H. A., J. Phys. Chem. B, 118 (2014), 10761
  72. van Blaaderen A., Wiltzius P., Science, 270 (1995), 1177
  73. Gasser U., Science, 292 (2001), 5515
  74. Kawasaki T., Tanaka H., J. Phys. Condens. Matter, 22 (2010), 232102
  75. Wochner P., Proc. Natl. Akad. Sci. USA, 106 (2009), 11511
  76. Morfill G. E., Phys. Scr., 2004:T107 (2004), 59
  77. Клумов Б. А., Морфил Г. Е., Письма в ЖЭТФ, 90 (2009), 489
  78. Клумов Б. А., Морфил Г. Е., ЖЭТФ, 134 (2008), 1059
  79. Mitic S., Phys. Rev. Lett., 101 (2008), 125002
  80. Klumov B., Plasma Phys. Contol. Fusion, 51 (2009), 124028
  81. Klumov B., Europhys. Lett., 92 (2010), 15003
  82. Клумов Б. А., УФН, 180 (2010), 1095
  83. Xu R., Nat. Mater., 14 (2015), 1099
  84. Yang L., Scr. Mater., 63 (2010), 879
  85. Ryltsev R. E., J. Chem. Phys., 145 (2016), 034506
  86. Sheng H. W., Nature, 439 (2006), 419
  87. Baule A., Rev. Mod. Phys., 90 (2018), 015006
  88. Hanifpour M., Phys. Rev. Lett., 113 (2014), 148001
  89. Fomin Yu. D., J. Chem. Phys., 141 (2014), 034508
  90. Vasilyev O. A., Klumov B. A., Tkachenko A. V., Phys. Rev. E, 88 (2013), 012302
  91. Клумов Б. А., Письма в ЖЭТФ, 114 (2021), 467
  92. Рыжов В. Н., УФН, 187 (2017), 921
  93. Березинский В. Л., ЖЭТФ, 59 (1970), 907
  94. Березинский В. Л., ЖЭТФ, 61 (1971), 1144
  95. Kosterlitz J. M., Thouless D. J., J. Phys. C, 6 (1973), 1181
  96. Halperin B. I., Nelson D. R., Phys. Rev. Lett., 41 (1978), 121
  97. Nelson D. R., Halperin B. I., Phys. Rev. B, 19 (1979), 2457
  98. Young A. P., Phys. Rev. B, 19 (1979), 1855
  99. Chui S. T., Phys. Rev. B, 28 (1983), 178
  100. Bedanov V. M., Gadiyak G. V., Lozovik Yu. E., Phys. Lett. A, 109 (1985), 289
  101. Zahn K., Lenke R., Maret G., Phys. Rev. Lett., 82 (1999), 2721
  102. Gasser U., ChemPhysChem, 11 (2010), 963
  103. Wang Z., J. Chem. Phys., 132 (2010), 154501
  104. Kapfer S. C., Krauth W., Phys. Rev. Lett., 114 (2015), 035702
  105. Hartmann P., Phys. Rev. E, 72 (2005), 026409
  106. Zakharchenko K. V., Katsnelson M. I., Fasolino A., Phys. Rev. Lett., 102 (2009), 046808
  107. Los J. H., Phys. Rev. B, 91 (2015), 045415
  108. Huang P., Nat. Nanotechnol., 15 (2020), 761
  109. Lin B.-J., Chen L.-J., J. Chem. Phys., 126 (2007), 034706
  110. Krebs Z., J. Chem. Phys., 149 (2018), 034503
  111. Sun X., Sci. Rep., 6 (2016), 24056
  112. Digregorio P., Soft Matter, 18 (2022), 566
  113. Клумов Б. А., Письма в ЖЭТФ, 115 (2019), 117
  114. Baranyai A., Evans D. J., Phys. Rev. A, 40 (1989), 3817
  115. Wang Z., J. Chem. Phys., 134 (2011), 034506
  116. Thorneywork A. L., Phys. Rev. Lett., 115 (2015), 268301
  117. Thorneywork A. L., J. Phys. Condens. Matter, 30 (2018), 104003
  118. Klumov B. A., Khrapak S. A., Results Phys., 17 (2020), 103020
  119. Рыжов В. Н., УФН, 190 (2020), 449
  120. Derzsi A., Phys. Plasmas, 21 (2014), 023706
  121. Qi W., Gantapara A. P., Dijkstra M., Soft Matter, 10 (2014), 5449
  122. Клумов Б. А., Письма в ЖЭТФ, 116 (2022), 681
  123. Dubin D. H. E., Phys. Rev. E, 55 (1997), 4017
  124. Totsuji H., Totsuji C., Tsuruta K., Phys. Rev. E, 64 (2001), 066402
  125. Sheridan T. E., Phys. Plasmas, 16 (2009), 083705
  126. Durniak C., IEEE Trans. Plasma Sci., 38 (2010), 2412
  127. Клумов Б. А., Письма в ЖЭТФ, 110 (2019), 729
  128. Сыроватка Р. А., Письма в ЖЭТФ, 116 (2022), 836

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».