Статистическое исследование спектральных и амплитудных характеристик энергии образования флуктуаций в наноразмерных системах

Abstract

В работе выполнены первые поисковые численные расчеты, которые необходимы для последующей практической реализации идеи о принципиальной возможности сокращенного статистического описании термодинамических (тепловых) флуктуаций в макроскопических и наноразмерных молекулярных системах. Для ее реализации в рамках двухуровневого статистического метода описания свойств неоднородных систем ранее была введена бесконечная цепочка коррелятивных функций для ансамбля взаимодействующих элементарных флуктуаций плотности (ЭФП), которые с определенной вероятностью возникают случайным образом на фоне однородной макроскопической системы с заданными термодинамическими параметрами. Для описания взаимодействия ЭФП между собой и со средой, в которой они спонтанно образуются, с помощью двухуровневого статистического метода рассчитываются их эффективные потенциалы для сферической наночастицы, находящейся внутри термостата с заданными термодинамическими параметрами. Это означает, что наночастица в термостате представляет собой открытую термодинамическую систему, а эффективные потенциалы ЭФП (одиночных, парных и т. д.) для удобства можно рассматривать как энергии их образования в такой системе. Энергии образования одиночных и бинарных ЭФП численно рассчитаны для молекулярной системы с взаимодействием Леннард-Джонса, параметры которой близки к критическим. Это позволит в дальнейшем в результате численного усреднения флуктуаций поля плотности в двух точках внутри сферической наночастицы рассчитать корреляционную функцию G(r) наноразмерной системы, что, понятно, не может быть получено в рамках известной флуктуационной теории, которая детально разработана для макроскопических систем.