Адиабатический режим температурного регулирования направления движения броуновского мотора
Броуновские моторы – класс наномеханизмов, генерирующих направленное движение броуновских частиц под действием неравновесных возмущений. Симметрийный анализ факторов, влияющих на возникновение направленного потока и определяющих его направление, указывает на зависимость характеристик мотора от фазо...
Saved in:
| Main Authors: | , , , , , , |
|---|---|
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry of NAS of Ukraine
2020-09-01
|
| Series: | Хімія, фізика та технологія поверхні |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/556 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| _version_ | 1849731715394699264 |
|---|---|
| author | T. Ye. Korochkova N. G. Shkoda V. M. Rozenbaum E. V. Shakel I. V. Shapochkina M. I. Ikim A. S. Bugayov |
| author_facet | T. Ye. Korochkova N. G. Shkoda V. M. Rozenbaum E. V. Shakel I. V. Shapochkina M. I. Ikim A. S. Bugayov |
| author_sort | T. Ye. Korochkova |
| collection | DOAJ |
| description |
Броуновские моторы – класс наномеханизмов, генерирующих направленное движение броуновских частиц под действием неравновесных возмущений. Симметрийный анализ факторов, влияющих на возникновение направленного потока и определяющих его направление, указывает на зависимость характеристик мотора от фазового сдвига между потенциальными рельефами стационарной и флуктуирующей компонент потенциальной энергии наночатицы. Рассмотрено движение броуновской частицы, находящейся в поле действия предельно асимметричного стационарного пилообразного потенциала, флуктуирующего в результате дихотомных воздействий пространственно гармонического сигнала. Поскольку пилообразный потенциал легко реализуется вблизи поверхности с нанесенной решеткой электродов определенной формы, а дихотомные изменения пространственно гармонического сигнала легко моделируются лазерными пучками, то рассматриваемое движение наночастицы (броуновского мотора) может быть реализовано экспериментально. Известно, что при достаточно высоких температурах, когда тепловая энергия превышает энергетический барьер пилообразного потенциала, направление движения определяется исключительно фазовым сдвигом гармонического сигнала относительно экстремумов пилообразного потенциала. В данной статье получено аналитическое выражение для средней скорости движения мотора, справедливое при произвольных температурах, но низких частотах дихотомных флуктуаций (адиабатический режим). Анализ выражения показал, что существует критическая температура Tc, ниже которой направление движения теряет зависимость от величины фазового сдвига, тогда как при T > Tc направление движения определяется этим сдвигом. В области промежуточных температур T для каждого значения фазового сдвига можно указать такую температуру Ts > Tc, что при T < Ts частица движется в одну сторону, а при T > Ts ? в другую.
|
| format | Article |
| id | doaj-art-c194286c33e5465ea69a8597dfdd1e6b |
| institution | DOAJ |
| issn | 2079-1704 2518-1238 |
| language | English |
| publishDate | 2020-09-01 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry of NAS of Ukraine |
| record_format | Article |
| series | Хімія, фізика та технологія поверхні |
| spelling | doaj-art-c194286c33e5465ea69a8597dfdd1e6b2025-08-20T03:08:27ZengChuiko Institute of Surface Chemistry of NAS of UkraineХімія, фізика та технологія поверхні2079-17042518-12382020-09-0111310.15407/hftp11.03.388Адиабатический режим температурного регулирования направления движения броуновского мотораT. Ye. Korochkova0N. G. Shkoda1V. M. Rozenbaum2E. V. Shakel3I. V. Shapochkina4M. I. Ikim5A. S. Bugayov6Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук УкраиныИнститут химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук УкраиныИнститут химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук УкраиныБелорусский государственный университет / Республиканский институт высшей школыФИЦ Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАНФИЦ Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАНФИЦ Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН Броуновские моторы – класс наномеханизмов, генерирующих направленное движение броуновских частиц под действием неравновесных возмущений. Симметрийный анализ факторов, влияющих на возникновение направленного потока и определяющих его направление, указывает на зависимость характеристик мотора от фазового сдвига между потенциальными рельефами стационарной и флуктуирующей компонент потенциальной энергии наночатицы. Рассмотрено движение броуновской частицы, находящейся в поле действия предельно асимметричного стационарного пилообразного потенциала, флуктуирующего в результате дихотомных воздействий пространственно гармонического сигнала. Поскольку пилообразный потенциал легко реализуется вблизи поверхности с нанесенной решеткой электродов определенной формы, а дихотомные изменения пространственно гармонического сигнала легко моделируются лазерными пучками, то рассматриваемое движение наночастицы (броуновского мотора) может быть реализовано экспериментально. Известно, что при достаточно высоких температурах, когда тепловая энергия превышает энергетический барьер пилообразного потенциала, направление движения определяется исключительно фазовым сдвигом гармонического сигнала относительно экстремумов пилообразного потенциала. В данной статье получено аналитическое выражение для средней скорости движения мотора, справедливое при произвольных температурах, но низких частотах дихотомных флуктуаций (адиабатический режим). Анализ выражения показал, что существует критическая температура Tc, ниже которой направление движения теряет зависимость от величины фазового сдвига, тогда как при T > Tc направление движения определяется этим сдвигом. В области промежуточных температур T для каждого значения фазового сдвига можно указать такую температуру Ts > Tc, что при T < Ts частица движется в одну сторону, а при T > Ts ? в другую. https://cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/556диффузионный транспортброуновские моторырэтчет-эффектсимметрия рэтчет-системдихотомный процесстелеграфный шум |
| spellingShingle | T. Ye. Korochkova N. G. Shkoda V. M. Rozenbaum E. V. Shakel I. V. Shapochkina M. I. Ikim A. S. Bugayov Адиабатический режим температурного регулирования направления движения броуновского мотора Хімія, фізика та технологія поверхні диффузионный транспорт броуновские моторы рэтчет-эффект симметрия рэтчет-систем дихотомный процесс телеграфный шум |
| title | Адиабатический режим температурного регулирования направления движения броуновского мотора |
| title_full | Адиабатический режим температурного регулирования направления движения броуновского мотора |
| title_fullStr | Адиабатический режим температурного регулирования направления движения броуновского мотора |
| title_full_unstemmed | Адиабатический режим температурного регулирования направления движения броуновского мотора |
| title_short | Адиабатический режим температурного регулирования направления движения броуновского мотора |
| title_sort | адиабатический режим температурного регулирования направления движения броуновского мотора |
| topic | диффузионный транспорт броуновские моторы рэтчет-эффект симметрия рэтчет-систем дихотомный процесс телеграфный шум |
| url | https://cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/556 |
| work_keys_str_mv | AT tyekorochkova adiabatičeskijrežimtemperaturnogoregulirovaniânapravleniâdviženiâbrounovskogomotora AT ngshkoda adiabatičeskijrežimtemperaturnogoregulirovaniânapravleniâdviženiâbrounovskogomotora AT vmrozenbaum adiabatičeskijrežimtemperaturnogoregulirovaniânapravleniâdviženiâbrounovskogomotora AT evshakel adiabatičeskijrežimtemperaturnogoregulirovaniânapravleniâdviženiâbrounovskogomotora AT ivshapochkina adiabatičeskijrežimtemperaturnogoregulirovaniânapravleniâdviženiâbrounovskogomotora AT miikim adiabatičeskijrežimtemperaturnogoregulirovaniânapravleniâdviženiâbrounovskogomotora AT asbugayov adiabatičeskijrežimtemperaturnogoregulirovaniânapravleniâdviženiâbrounovskogomotora |