IONIZAČNÍ POTENCIÁLY A FÁZOVÉ PŘECHODY KLASTRŮ ARGONU Bc. Pavla Svrčková: učitelství Fy-Ma pro SŠ Doc. RNDr. René Kalus, Ph.D.: vedoucí práce

ÚVOD

Úvod Cíle Ionizační potenciál I Ionizační potenciál II Experiment Návrhy vysvětlení Metoda Počáteční parametry MC Použité interakční modely Numerické modelování IAE Fitování teoretických dat Fázové přechody – vnitřní energie Fázové přechody – tepelná kapacita Soupis dat

Cíle: Prostřednictvím kanonických parallel-tempering Monte Carlo simulací získat pro klastry vzácných plynů teplotní závislosti - vertikálních ionizačních potenciálů - tepelných kapacit pro N = 4 - 19 - kompletní rozsah teplot (T = 5 - 150 K) - různé interakční modely

Ionizační potenciál I: energie potřebná k odtržení jednoho elektronu z izolovaného systému vyjadřuje snahu atomu udržet si elektron, tzn. „sílu“, jakou je elektron vázán v elektronovém obalu IP (Arn) = D(n) – D(I) + IP (Ar) IP (Ar) -e -D(I) +D(n) nAr Ar++(n-1)Ar Arn Arn+ -e IP(Arn)

Ionizační potenciál II:

Experiment:

Návrhy vysvětlení: 1. autoionizační stav 2. termální efekty

Metoda: Parallel-tempering Monte Carlo Monte Carlo – metoda využívající generování náhodných čísel, cílem této metody je generování Markovových řetězců konfigurací, které zaplňují konfigurační prostor podle rozdělení odpovídající konkrétnímu termodynamickému souboru. parallel-tempering - způsob simulace metodou Monte Carlo, kdy pro všechny teploty počítáme najednou a současně informaci pro různé teploty občas mezi těmito teplotami prohodíme, což výrazně urychlí konvergenci výpočtů a výrazně sníží výpočetní nároky

Počáteční parametry MC velikost klastru, tedy počet atomů v klastru počet ekvilibrizačních kroků, tzn. počet vynechaných simulačních kroků na začátku simulace, než se začne měřit (pro všechny simulace bylo nastaveno 1 000 ekvilibrizačních kroků) počet simulačních kroků, tzn. počet měření (pro všechny simulace bylo nastaveno 100 000 simulačních kroků)

po kolika měřeních má dojít k výpisu (pro všechny simulace bylo nastaveno 5 000 měření, po kterých se zaznamenávaly údaje) zahrnutí trojčásticových příspěvků výpis okamžitých hodnot neutrálních a iontových energií použité interakční modely rozsah teplot systému

Použité interakční modely: neutrální iontový n[2] i[d] n[2] i[ds] n[2] i[dsi] n[23] i[dsin3] d - diatomika v molekulách (párová aditivita) teorie relativity: s - spin-orbitální interakce zahrnutí trojčásticových příspěvků: i - polarizační interakce ID-ID n3 - disperzní interakce

Numerické modelování IAE MC dlouhé řady konfigurací (modelují deformované konfigurace klastrů v experimentu) vzorek ionizačních potenciálů, které dostaneme MC simulací, je množina ionizačních energií, které by zaznamenal reálný experiment, kdyby mohl měřit jeden klastr za druhým odděleně sadu ionizačních potenciálů převedených do kumulativních histogramů používáme jako teoretický model iontového signálu fitováním získáváme ion-appearance energy

Fitování teoretických dat:

Fázové přechody – vnitřní energie klastry - rozsah teplot, kdy se sklon křivky výrazně liší od sklonu před a po fázovém přechodu makroskopické systémy - teploty tání a tuhnutí totožné

Fázové přechody – tepelná kapacita klastry - v oblasti fázového přechodu výrazné, velmi dobře viditelné maximum makroskopické systémy - v místě fázového přechodu tendence vzrůstu k velmi vysokým hodnotám

Soupis dat: BP: vybrané velikosti ArN, N = 4, 7, 13, 19 DP: doplnění výpočtů pro Ar v souvislou řadu N = 4 -19 : vybrané velikosti KrN a XeN, N = 4, 7, 13

DATA

Data VIP pro Ar – srovnání s experimentem Cv a VIP – fázové přechody

Srovnání IP s experimentálními daty pro Ar4 – Ar7:

Srovnání IP s experimentálními daty pro Ar8 – Ar11:

Srovnání IP s experimentálními daty pro Ar12 – Ar15:

Srovnání IP s experimentálními daty pro Ar16 – Ar19:

Teplotní závislosti Cv a IP:

Teplotní závislosti Cv a IP:

Teplotní závislosti Cv a IP:

Teplotní závislosti Cv a IP:

Děkuji za pozornost…