Компьютерные исследования зависимости от числа частиц структуры основного состояния двумерной системы заряженных частиц ограниченных круговым потенциалом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проблема нахождения равновесных конфигураций однокомпонентных заряженных частиц, индуцированных внешними электростатическими полями в планарных системах, является предметом активных исследований как в фундаментальных, так и в экспериментальных исследованиях. В данной работе представлены результаты численного анализа равновесных конфигураций заряженных частиц (электронов), удерживаемых в круговой области бесконечным внешним потенциалом на ее границе. Равновесные конфигурации с минимальной энергией ищутся с помощью специальной схемы расчета. Данная вычислительная схема состоит из следующих шагов. Сначала с помощью стационарной модели находится конфигурация системы с энергией, максимально близкой к ожидаемому значению энергии в основном состоянии равновесия. Далее используется классическая ньютоновская молекулярная динамикасиспользованиемвязкоготрения,чтобыпривестисистемувравновесиесминимальнойэнергией. При достаточном количестве прогонов мы получаем устойчивую конфигурацию со значением энергии, максимально близким к глобальному минимальному значению энергии для основного устойчивого состояния для заданного числа частиц. Наши результаты демонстрируют значительную эффективность использования метода классической молекулярной динамики (МД) при использовании интерполяционных формул по сравнению с алгоритмами, основанными на методах Монте-Карло и глобальной оптимизации. Такой подход позволяет существенно повысить скорость достижения равновесной конфигурации для произвольно выбранного числа частиц по сравнению с алгоритмом моделирования отжига Метрополиса и другими алгоритмами, основанными на методах глобальной оптимизации

Об авторах

Э. Г. Никонов

Объединенный иститут ядерных исследований; Государственный университет «Дубна»; Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

Email: e.nikonov@jinr.ru
ORCID iD: 0000-0001-7162-0344
Scopus Author ID: 6603099928
ResearcherId: C-4841-2016

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Head of Sector MLIT JINR

ул. Жолио-Кюри, д. 6, Дубна, 141980, Российская Федерация; ул. Университетская, д. 19, Дубна, 141980, Российская Федерация; ул. Таллинская, д. 34, Москва, 123458, Российская Федерация

Р. Г. Назмитдинов

Объединенный иститут ядерных исследований; Государственный университет «Дубна»

Email: rashid@theor.jinr.ru
Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Leading Researcher BLTP JINR ул. Жолио-Кюри, д. 6, Дубна, 141980, Российская Федерация; ул. Университетская, д. 19, Дубна, 141980, Российская Федерация

П. И. Глуховцев

Государственный университет «Дубна»

Автор, ответственный за переписку.
Email: pavelgl2018@gmail.com
ORCID iD: 0009-0005-6424-4455

Master’s degree student of Department of distributed information computing systems of Dubna State University

ул. Университетская, д. 19, Дубна, 141980, Российская Федерация

Список литературы

  1. Bowick, M. J. & Giomi, L. Two-dimensional matter: order, curvature and defects. Advances in Physics 58, 449-563. doi: 10.1080/00018730903043166 (2009).
  2. Saarikoski, H., Reimann, S. M., Harju, A. & Manninen, M. Vortices in quantum droplets: Analogies between boson and fermion systems. Rev. Mod. Phys. 82, 2785-2834. doi: 10.1103/RevModPhys.82.2785 (3 Sept. 2010).
  3. Birman, J., Nazmitdinov, R. & Yukalov, V. Effects of symmetry breaking in finite quantum systems. Physics Reports 526, 1-91. doi: 10.1016/j.physrep.2012.11.005 (2013).
  4. Thomson, J. XXIV. On the structure of the atom: an investigation of the stability and periods of oscillation of a number of corpuscles arranged at equal intervals around the circumference of a circle; with application of the results to the theory of atomic structure. Phil. Mag. 7, 237 doi: 10.1080/14786440409463107 (39 1904).
  5. Lozovik, Y. E. & Mandelshtam, V. A. Classical and quantum melting of a Coulomb cluster in a trap. Physics Letters A 165, 469-472. doi: 10.1016/0375-9601(92)90349-Q (1992).
  6. Bolton, F. & Rössler, U. Classical model of a Wigner crystal in a quantum dot. Superlattices and Microstructures 13, 139-146. doi: 10.1006/spmi.1993.1026 (1993).
  7. Bedanov,V. M. & Peeters, F. M. Ordering and phase transitions of charged particles in a classical finite two-dimensional system. Phys. Rev. B 49, 2667-2676. doi: 10.1103/PhysRevB.49.2667 (4 Jan. 1994).
  8. Cerkaski, M., Nazmitdinov, R. G. & Puente, A. Thomson rings in a disk. Phys. Rev. E 91, 032312. doi: 10.1103/PhysRevE.91.032312 (2015).
  9. Amore, P. Comment on “Thomson rings in a disk”. Phys. Rev. E 95, 026601. doi: 10.1103/PhysRevE.95.026601 (2 Feb. 2017).
  10. Puente, A., Nazmitdinov, R. G., Cerkaski, M. & Pichugin, K. N. Reply to “Comment on ‘Thomson rings in a disk’ ”. Phys. Rev. E 95, 026602. doi: 10.1103/PhysRevE.95.026602 (2 Feb. 2017).
  11. Nazmitdinov, R. G., Puente, A., Cerkaski, M. & Pons, M. Self-organization of charged particles in circular geometry. Phys. Rev. E 95, 042603. doi: 10.1103/PhysRevE.95.042603 (2017).
  12. Ash, B., Chakrabarti, J. & Ghosal, A. Static and dynamic properties of two-dimensional Coulomb clusters. Phys. Rev. E 96, 042105. doi: 10.1103/PhysRevE.96.042105 (4 Oct. 2017).
  13. Jami, P., Ash, B. & Ghosal, A. Significance of the nature of disorder on the universal features of the spatio-temporal correlations of two-dimensional Coulomb-clusters. Eur. Phys. J. B 96, doi: 10.1140/epjb/s10051-023-00510-5 (4 2023).
  14. Amore, P. & Zarate, U. Thomson problem in the disk. Phys. Rev. E 108, 055302. doi:10.1103/ PhysRevE.108.055302 (5 Nov. 2023).
  15. Batle, J.,Vlasiuk, O. & Ciftja, O. Correspondence between Electrostatics and Contact Mechanics with Further Results in Equilibrium Charge Distributions. Annalen der Physik, 2300269. doi:10. 1002/andp.202300269 (Nov. 2023).
  16. Frenkel, D. & Smit, B. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications 664 pp. (Academic, New York, 2001).
  17. Nikonov, E. G., Nazmitdinov, R. G. & Glukhovtsev, P. I. Molecular dynamics studies of equilibrium configurations of equally charged particles in planar systems with circular symmetry. Russian. Computer research and modeling 14, 609-618. doi: 10.20537/2076-7633-2022-14-3-609-618 (2022).
  18. Nikonov, E. G., Nazmitdinov, R. G. & Glukhovtsev, P. I. On the Equilibrium Configurations of Charged Ions in Planar Systems with Circular Symmetry. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques 17, 235-239. doi: 10.1134/S1027451023010354 (2023).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

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».