Abnormal temperature-diffusion relationship in the external periodic fields

Abstract

Using the methods of computer modeling this scientific paper studies the special features of diffusion of the particles subjected to the external periodic force in the crystal lattice. The particle motion is described by a Langevin equation. The systems with a low friction coefficient may experience abnormal diffusion modes, in particular hyperdiffusion and subdiffusion. The applied external time-periodic field causes limitation of time intervals of abnormal diffusion making the diffusion coefficients dependent on frequency of applied force. The temperature relationships of these values have been calculated. It has been shown that the diffusion coefficients behave in abnormal ways as the temperature changes. In some temperature intervals the diffusion may increase as the temperature drops. Location and width of these intervals depend on the frequency of the external field. У роботі методами комп’ютерного моделювання вивчені особливості дифузії частинок, які знаходилися під впливом зовнішньої періодичної сили, у кришталевій решітці. Їх рух описувався рівнянням Ланжевена. У системах з низьким коефіцієнтом тертя можуть виникати аномальні режими дифузії: гіпердифузія та субдифузія. Накладення зовнішнього, періодичного у часі, поля призводить до обмеженості часових інтервалів аномальної дифузії, що викликає залежність коефіцієнтів дифузії від частоти прикладеної сили. Розраховані температурні залежності цих величин. Показано що коефіцієнти дифузії ведуть себе аномально зі зміною температури. У деяких температурних інтервалах дифузія може зростати із зниженням температури. Положення та ширина цих інтервалів залежить від частоти зовнішнього поля. В работе методами компьютерного моделирования исследованы особенности диффузии частиц, находящихся под воздействием внешней периодической силы, в кристаллической решетке. Их движение описывалось уравнением Ланжевена. В системах с низким коэффициентом трения могут возникать аномальные режимы диффузии: гипердиффузия и субдиффузия. Наложение внешнего, периодического во времени, поля приводит к ограничению временных интервалов аномальной диффузии, что вызывает зависимость коэффициентов диффузии от частоты приложенной силы. Рассчитаны температурные зависимости этих величин. Показано что коэффициенты диффузии ведут себя аномально с изменением температуры. В некоторых температурных интервалах диффузия может возрастать с понижением температуры. Расположение и ширина этих интервалов зависит от частоты внешнего поля.