Euler Arches and Duffing Springs of a Few Nanometers in Size

V. A. Avetisov; Аветисов В. А.; A. M. Astakhov; Астахов А. М.; A. |F. Valov; Валов А. Ф.; A. A. Markina; Маркина А. А.; A. D. Muratov; Муратов А. Д.; V. S. Petrovsky; Петровский В. С.; M. A. Frolkina; Фролкина М. А.

doi:10.31857/S0207401X2306002X

Арки Эйлера и пружины Дуффинга размером в несколько нанометров

Авторы: Аветисов В.А.¹^,2, Астахов А.М.¹, Валов А.Ф.¹, Маркина А.А.¹, Муратов А.Д.¹^,2, Петровский В.С.¹^,2, Фролкина М.А.¹^,2
Учреждения:
1. Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
2. Центр проектирования молекулярных машин
Выпуск: Том 42, № 6 (2023)
Страницы: 21-39
Раздел: К 100-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ АКАДЕМИКА В.И. ГОЛЬДАНСКОГО
URL: https://journal-vniispk.ru/0207-401X/article/view/139889
DOI: https://doi.org/10.31857/S0207401X2306002X
EDN: https://elibrary.ru/UGTCJZ
ID: 139889

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методами полноатомного компьютерного моделирования изучена молекулярная динамика стержнеобразных олигомеров N-изопропилметакриламида и спиралеобразных олигомеров пиридинфурана размером в несколько нанометров. Приведены примеры олигомеров, динамика которых при сжатии и растяжении аналогична динамике классических бистабильных конструкций типа арок Эйлера и осцилляторов Дуффинга. Определены критические значения силовых нагрузок, при которых происходит бифуркация динамических состояний олигомеров и динамика олигомеров становится бистабильной. Показано, что в области бистабильности олигомеры могут переходить в режим спонтанных вибраций, активированных тепловыми флуктуациями окружающей среды при комнатной температуре. Для режима спонтанных вибраций продемонстрирован эффект стохастического резонанса. Обсуждается возможность использования бистабильных олигомеров для детектирования единичных органических молекул в растворах.

Ключевые слова

олигомеры, молекулярные машины, бистабильность, стохастический резонанс, компьютерное моделирование.

Список литературы

Peschot A. // Micromachines. 2015. V. 6. № 8. P. 1046.
Dutreix C., Avriller R., Lounis B. et al. // Phys. Rev. Res. 2020. V. 2. № 2. P. 023268.
Benda L., Doistau B., Rossi-Gendron C. et al. // Commun. Chem. 2019. V. 2. № 1. P. 1.
Erbas-Cakmak S., Kolemen S., Sedgwick A. C. et al. // Chem. Soc. Rev. 2018. V. 47. P. 2228.
Varghese S., Elemans J. A. A. W., Rowan A. E. et al. // Chem. Sci. 2015. V. 6. P. 6050.
Shu T., Shen Q., Zhang X. et al. // Analyst. 2020. V. 145. № 17. P. 5713.
Lemme M.C., Wagner S., Lee K. et al. // Research. 2020. V. 2020. P. 1.
Zhang L., Marcos V., Leigh D.A. // PNAS. 2018. V. 115. № 38. P. 9397.
Shi Z.-T., Zhang Q., Tian H. et al. // Adv. Intelligent Systems. 2020. V. 2. № 5. P. 1900169.
Aprahamian I. // ACS Central Sci. 2020. V. 6. № 3. P. 347.
Nicoli F., Paltrinieri E., Tranfić M. // Coord. Chem. Rev. 2021. V. 428. P. 213589.
Evans D.J., Searles D.J. // Adv. Phys. 2002. V. 51. № 7. P. 1529.
Seifert U. // Rep. Prog. Phys. 2012. V. 75. № 12. P.126001.
Horowitz J.M., Gingrich T.R. // Nat. Phys. 2020. V. 16. № 1. P. 15.
Ciliberto S. // Phys. Rev. X. 2017. V. 7. P. 021051.
Wang G.M., Sevick E.M., Mittag E. et al. //Phys. Rev. Lett. 2002. V. 89. № 5. P. 050601.
Jop P., Petrosyan A., Ciliberto S. // Europhys. Lett. 2008. V. 81. № 5. P. 50005.
Vroylandt H., Esposito M., Verley G. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124. № 25. P. 250603.
Аветисов В.А., Гольданский В.И. // УФН. 1996. Т. 166. № 8. С. 873.
Avetisov V.A., Goldanskii V.I. // PNAS. 1996. V. 93. P. 11 435.
Аветисов В.А. Гольданский В.И. // Хим. физика. 1997. Т. 16. № 8. С. 59.
Аветисов В.А. // Хим. физика. 2003. Т. 22. № 2. С. 16.
Arnold V.I. / Catastrophe Theory. Berlin-Heidelberg: Springer, 1984.
Poston T., Stewart I. Catastrophe theory and its applications. Mineola, N.Y.: Dover Publication, 1996.
Duffing G. Erzwungene schwingungen bei veranderlicher Eigenfrequenz und ihre technische Bedeutung. Sammlung Vieweg № 41–42. F. Vieweg & Sohn, 1918.
Chaos / Eds. Korsch H.J., Jodl H.-J., Hartmann T. Berlin–Heidelberg: Springer, 2008. P. 157.
Kramers H.A. // Physica. 1940. V. 7. № 4. P. 284.
Benzi R., Sutera A., Vulpiani A. // J. Phys. A: Math. Gen. 1981. V. 14. № 11. P. L453.
Benzi R., Parisi G., Sutera A. et al. // Tellus. 1982. V. 34. № 1. P. 10.
Benzi R., Parisi G., Sutera A. et al. // SIAM J. Appl. Mathem. 1983. V. 43. № 3. P. 565
Gammaitoni L., Haönggi P., Jung P. et al. // Rev. Modern Phys. 1998. V. 70. № 1. P. 223.
Wellens T., Shatokhin V., Buchleitner A. // Rep. Prog. Phys. 2004. V. 67. № 1. P. 45.
Baughman R.H., Cui C., Zakhidov A.A., Iqbal Z.r et al. // Science. 1999. V. 284. P. 1340.
Fujii H., Setiadi A., Kuwahara Y. et al. // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 111. № 13. P. 133501.
Huang K., Zhang S., Li J. et al // Microsystem Technol. 2019. V. 25. № 11. P. 4303.
Ackerman M.L., Kumar P., Neek-Amal M. et al. // Phys. Rev. Lett. V. 117. № 12. P. 126 801.
Hayashi K., Lorenzo S., Manosas M. et al. // Phys. Rev. X. 2012. V. 2. № 3. P. 031 012.
Cecconi C., Shank E.A., Bustamante C. et al. // Science. 2005. V. 309. № 5743. P. 2057.
Avetisov V.A., Markina A.A. Valov A.F. // J. Phys. Chem. Lett. 2019. V. 10. № 17. P. 5189.
Avetisov V.A., Frolkina M.A., Markina A. et al // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 3264.
Markina A., Muratov A., Petrovskyy V. et al. // Nanomaterials. 2020. V. 10. P.2519.
Convertine A.J., Ayres N., Scales C.W. et al. // Biomacromolecules. 2004. V. 5. № 4. P. 1177.
Gao Y., Wei M., Li X. et al. // Macromol. Res. 2017. V. 25. № 6. P. 513.
Kamath G., Deshmukh S.A., Baker G.A. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. № 30. P. 12667.
Jones R.A., Civcir P.U. // Tetrahedron. 1997. V. 53. № 34. P. 11529.
Sahu H., Gupta S., Gaur P. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. V. 17. № 32. P. 20647.
Berendsen H.J.C., Grigera J.R., Straatsma T.P. // J. Phys. Chem. 1987. V. 91. № 24. P. 6269.
Abraham M.J., Murtola T., Schulz R. et al. // Software X. 2015. V. 1–2. P. 19.
Kaminski G.A., Friesner R.A., Tirado-Rives J. et al. // J. Phys Chem. B. 2001. V. 105. № 28. P. 6474.
Liang X., Nakajima K. // Macromol. Chem. Phys. 2018. V. 219. № 3. P. 1700394.
Bussi G., Donadio D., Parrinello M. // J. Chem. Phys. 2007. V. 126. № 1. P. 014101.
Avetisov V.A, Kuz’min V.V, Anikin S.A. // Chem. Phys. 1987. V. 112. № 2. P. 179.
Lai Z., Leng Y. // Mech. Systems Signal Processing. 2016. V. 81. P. 60.