TEMPERATURE - ABNORMAL DIFFUSIVITY IN TILTED SPATIALLY PERIODIC POTENTIALS

I. G. Marchenko, I. I. Marchenko, V. I. Tkachenko
2017 East European Journal of Physics  
The paper describes diffusion of particles in a tilted spatially periodic potential under the action of external forces in the case of a low friction. It is shown that in underdamped systems, a region of temperature-abnormal diffusivity (TAD) exists, in which the diffusion coefficient increases with decreasing temperature. The TAD width and its position depend on the friction coefficient and the system parameters. The analytical expression for diffusion coefficients in TAD area is derived.
more » ... results are important for experimental investigations of TAD and its application. У роботі досліджена дифузія частинок у похилих просторово-периодичних потенціалах під дією зовнішніх сил у сисемах з низьким коефіцієнтом тертя. Показано, що у всіх недодемпфованих системах існує обмежена область температурноаномальнї дифузії (ТАД). У цій області коефіцієнт диффузії зростає із зниженням температури. Визначені ширина та положення області ТАД в залежності від значення коефіцієнту тертя та параметрів системи. Знайдені аналітичні вирази для коефіцієнтів диффузії в межах низьких температур. Отримані залежності мають важливе значення для експериментального виявлення явища температурно-аномальної дифузії та подальшого його використання. КЛЮЧОВІ СЛОВА: дифузія, комп'ютерне моделювання, періодичні структури, рівняння Ланжевена, періодичні поля ТЕМПЕРАТУРНО-АНОМАЛЬНАЯ ДИФФУЗИЯ В НАКЛОННЫХ ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛАХ В работе исследована диффузия частиц под действием внешних сил в пространственно-периодических потенциалах, характеризующихся малыми значениями коэффициента трения. Показано, что во всех недодемпфированных системах существует ограниченная область температурно-аномальной диффузии (ТАД). В этой области коэффициент диффузии возрастает с понижением температуры. Определены ширина и положение области ТАД в зависимости от значений коэффициента трения и параметров системы. Найдены аналитические выражения для коэффициентов диффузии в пределе низких температур. Полученные зависимости имеют важное значение для экспериментального обнаружения явления температурно-аномальной диффузии и дальнейшего его использования. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: диффузия, компьютерное моделирование, периодические структуры, уравнения Ланжевена, периодические поля Диффузия в периодических структурах играет ключевую роль во многих физических, химических и биологических процессах [1, 2] . Интерес к изучению процессов транспорта частиц в наклонных периодических потенциалах (washboard potentials) связан с широким кругом физических систем, которые ими описываются. К таким системам относятся контакты Джозефсона, суперионные проводники, волны зарядовой плотности,
doi:10.26565/2312-4334-2017-1-03 fatcat:cl4tfigtnbcm7biexhhhhhnkcu