On Equilibrium Configurations of Charged Ions in Planar Systems with Circular Symmetry

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The problem of finding equilibrium configurations of one-component charged particles, induced by external electrostatic fields in planar systems, is a subject of active studies in fundamental as well in experimental investigations. In this paper the results of numerical analysis of the equilibrium configurations of charged particles (electrons), confined in a circular region by an infinite external potential at its boundary are presented. Equilibrium configurations with minimal energy are searched by means of the hybrid numerical algorithm. The algorithm is based on the interpolation formulas, that are obtained from the analysis of the equilibrium configurations for an arbitrary finite number of charged particles, provided by the variational principle, developed in the circular model. The solution of the nonlinear equations of the circular model yields the formation of the shell structure which is composed of the series of rings. Each ring contains a certain number of particles, which decreases as one moves from the boundary ring to the central one. The number of rings depends on the total number of electrons. The interpolation formulas provide the initial configurations for the molecular dynamics calculations. Our results demonstrate a significant efficiency of using the method of classical molecular dynamics (MD) when using the interpolation formulas in comparison with algorithms based on Monte Carlo methods and global optimization. This approach makes it possible to significantly increase the speed at which an equilibrium configuration is reached for an arbitrarily chosen number of particles compared to the Metropolis annealing simulation algorithm and other algorithms based on global optimization methods.

About the authors

E. G. Nikonov

Joint Institute for Nuclear Research; Dubna University

Author for correspondence.
Email: e.nikonov@jinr.ru
Russia, 141980, Dubna; Russia, 141980, Dubna

R. G. Nazmitdinov

Joint Institute for Nuclear Research; Dubna University

Email: e.nikonov@jinr.ru
Russia, 141980, Dubna; Russia, 141980, Dubna

P. I. Glukhovtsev

Joint Institute for Nuclear Research; Dubna University

Email: e.nikonov@jinr.ru
Russia, 141980, Dubna; Russia, 141980, Dubna

References

  1. Kepler J. The Six-Cornered Snowflake. Oxford, UK: Clarendon Press, 1966. 150 p.
  2. Saarikoski H., Reimann S.M., Harju A., Manninen M. // Rev. Mod. Phys. 2010. V. 82. Iss. 3. P. 2785.
  3. Birman J.L., Nazmitdinov R.G., Yukalov V.I. // Phys. Rep. 2013. V. 526. P.1.
  4. Binks B.P., Horozov T.S. Colloidal Particles at Liquid Interfaces. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2006. 519 p.
  5. Leunissen M.E., van Blaaderen A., Hollingsworth A.D., Sullivan M.T., Chaikin P.M. // Proc. Natl. Acad. Sci. 2007. V. 104. № 8. P. 2585.
  6. Niazi M.S. // R. Soc. Open Sci. 2017. V. 4. P. 170503.
  7. Saint J.M., Even C., Guthmann C. // Eur. Phys. Lett. 2001. V. 55. P. 45.
  8. Thomson J.J. // Phil. Mag. 1904. V. 7. Iss. 39. P. 237.
  9. Lozovik Yu.E., Mandelshtam V.A. // Phys. Lett. A. 1992. V. 165. Iss. 5–6. P. 469.
  10. Bedanov V.M., Peeters F.M. // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. № 4. P. 2667.
  11. Bolton F., Rössler U. // Superlatt. Microstruct. 1993. V. 13. Iss. 2. P. 139.
  12. Bonsall L., Maradudin A.A. // Phys. Rev. B. 1977. V. 15. P. 1959.
  13. Wigner E.P. // Phys. Rev. 1934. V. 46. P. 1002.
  14. Cerkaski M., Nazmitdinov R.G., Puente A. // Phys. Rev. E. 2015. V. 91. P. 032312.
  15. Nazmitdinov R.G., Puente A., Cerkaski M., Pons M. // Phys. Rev. E. 2017. V. 95. P. 042603.
  16. Matulis A., Peeters F.M. // Sol. St. Comm. 2001/ V. 117/ P. 655.
  17. Puente A., Pons M., Nazmitdinov R.G. // J. Phys.: Conf. Ser. 2010. V. 248. P. 012017.
  18. Koulakov A.A., Shklovskii B.I. // Philos. Mag. B. 1998. V. 77. P. 1235.
  19. Koulakov A.A., Shklovskii B.I. // Phys. Rev. B. 1998. V. 57. № 4. P. 2352.
  20. Mughal A., Moore M.A. // Phys. Rev. E. 2007. V. 76. Iss. 1. P. 011606.
  21. Frenkel D., Smit B. Understanding Molecular Simulation: from algorithms to applications. Academic Press, 2001. 661 p.
  22. Oymak H., Erkoc S. // Int. J. Mod. Phys. C. 2000. V. 11. P. 891.
  23. Erkoc S., Oymak H. // Phys. Lett. A. 2001. V. 290. P. 28.
  24. Ono S. // Phys. Rev. B. 2021. V. 104. P. 094105.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (256KB)

Copyright (c) 2023 Э.Г. Никонов, Р.Г. Назмитдинов, П.И. Глуховцев

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».