Формування та режими руху ансамблів наночастинок в рамках статистичної теорії

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробці оптимальних теоретичних моделей, що дозволяють описувати поведінку наночастинок на мікроскопічному рівні з урахуванням неадитивності властивостей та колективну поведінки ансамблів наночастинок у процесі самоорганізації. Так як концепція самоорганізації є узагальненням фізичного поняття фазового переходу, то викладене в роботі феноменологічний підхід слід вважати розвитком схем термодинамічних перетворень на відкриті складні системи. Для підтвердження спільності синергетичної теорії досліджується кілька підходів при описі поведінки ансамблів наночастинок. У літературному огляді були позначені цілі та завдання дисертаційної роботи, обґрунтовано актуальність дослідження. Для кожного з досліджених процесів самоорганізації було визначено мінімальний набір степенів свободи. Представлені кілька систем диференціальних рівнянь, що дозволяють самостійно описати процес самоорганізації ансамблів наночастинок. Знайдені стаціонарні значення основних параметрів, що визначаються розв’язками систем диференційних рівнянь. Також досліджена динаміка процесу самоорганізації наночастинок; вивчена стохастична картина самоорганізації за допомогою флуктуацій основних параметрів системи; побудована статистична картина переходу між різними режимами руху наночастинок; в рамках мікроскопічного підходу досліджені властивості основних параметрів наносистем; проаналізована феноменологічна модель переходу між парамагнітним та магнітовпорядкованим станами нанокластерної системи за механізмом фазового переходу першого роду з урахуванням міжкластерної взаємодії та дії зовнішнього тиску; знайдена температурна залежність стаціонарного значення відносної намагніченості та критичне значення тиску, за якого можливий перехід.

Диссертационная работа посвящена разработке оптимальных теоретических моделей, позволяющих описывать поведение наночастиц на микроскопическом уровне с учетом свойств неаддитивности и коллективное поведение ансамблей наночастиц в процессе самоорганизации. Так как концепция самоорганизации является обобщением физического понятия фазового перехода, то изложенный в работе феноменологический подход следует считать развитием схемы термодинамических преобразований на открытые сложные системы. Для подтверждения общности синергетической теории исследуется несколько подходов при описании поведения ансамблей наночастиц. В литературном обзоре были обозначены цели и задачи диссертационной работы, обоснована актуальность исследования. Для каждого из исследованных процессов самоорганизации был определен минимальный набор степеней свободы. Представлены несколько систем дифференциальных уравнений, позволяющие самостоятельно описать процесс самоорганизации ансамблей наночастиц. Найденные стационарные значения основных параметров, определяемые решениями систем дифференциальных уравнений. Также исследована динамика процесса самоорганизации наночастиц; изучена стохастическая картина самоорганизации с помощью флуктуаций основных параметров системы; построена статистическая картина перехода между различными режимами движения наночастиц; в рамках микроскопического подхода исследованы свойства основных параметров наносистем; проанализирована феноменологическая модель перехода между парамагнитным и магнитоупорядоченным состояниями нанокластерной системы по механизму фазового перехода первого рода с учетом межкластерного взаимодействия и действия внешнего давления; найдена температурная зависимость стационарного значения относительной намагниченности и критическое значение давления, при котором возможен переход.

The thesis is devoted to the development of optimal theoretical models that allow describing the behavior of nanoparticles at a microscopic level, taking into account the properties of nonadditivity and the collective behavior of ensembles of nanoparticles in the process of self-organization. Since the concept of self-organization is a generalization of the physical concept of a phase transition, the phenomenological approach presented in this paper should be considered as an evolution of the scheme of thermodynamic transformations to open complex systems. To confirm the generality of the synergetic theory, several approaches are considered in describing the behavior of ensembles of nanoparticles. In the literary review, the goals and objectives of the dissertation work were identified, the relevance of the study was substantiated. For each of the self-organization processes studied, a minimum set of degrees of freedom was defined. Several systems of differential equations are presented that allow one to describe independently the process of self-organization of ensembles of nanoparticles. The stationary values of the basic parameters, determined by solutions of systems of differential equations, are found. The dynamics of the self-organization of nanoparticles was also studied; the stochastic picture of self-organization by means of fluctuations of the basic parameters of the system is studied; a statistical picture of the transition between different regimes of motion of nanoparticles is constructed; in the framework of a microscopic approach, the properties of the main parameters of nanosystems were investigated; the phenomenological model of the transition between the paramagnetic and magnetically ordered states of a nanocluster system is analyzed by the mechanism of the first-order phase transition, taking into account the intercluster interaction and the action of external pressure; the temperature dependence of the stationary value of the relative magnetization and the critical value of the pressure at which the transition is possible are found.