Аннотация результатов, полученных в 2020 году
За отчетный период, в полном соответствии с ранее сформированным планом работ, был проведен комплекс теоретических, вычислительных и экспериментальных работ, что позволило достигнуть следующих результатов: 1. Изучено поведение продольных и поперечных скоростей звука вблизи линий плавления/замерзания для системы Леннарда-Джонса и показано, что оно с высокой точностью может быть описано при помощи «аддитивного» подхода, а отношение скоростей звука позволяют рассчитать коэффициент в соотношении Стокса-Эйнштейна. Дальнодействующее притяжение не оказывает существенного влияния на величину скоростей звука вблизи плавления/замерзания. 2. Исследованы дисперсионные зависимости трехмерной системы Юкавы в условиях умеренного и слабого коэффициента связи, и установлено, что они с высокой точностью могут быть описаны с использованием обобщения избыточного объемного модуля сжатия и кинетического слагаемого в форме Бома-Гросса. 3. Установлено, что существует кроссовер между режимами мягких и жестких взаимодействий, положение которого может быть локализовано при помощи анализа скоростей (продольного и поперечного) звука. В случае жидкостей с отталкивающим обратным степенным потенциалом взаимодействия между частицами кроссовер соответствует области n~10…20, где n – параметр взаимодействия (phi~1/r^n). 4. Показано, что в достаточно широком диапазоне температур подвижность частиц в состояниях на линии сосуществования "жидкость-газ" в различных модельных жидкостях может быть описана линейной зависимостью, а температуры, при которых возрастают отклонения от линейной зависимости, соответствуют переходу высокочастотных дисперсионных зависимостей к монотонному виду. 5. Проведена серия экспериментов с коллоидными суспензиями с электро-индуцированным межчастичным взаимодействием и экспериментально изучена температурная зависимость коэффициента диффузии в диапазоне от критической до тройной точки на линии сосуществования “жидкость-газ”. В результате выполнения задач 2020 года опубликованы 2 статьи в ведущих международных журналах, индексируемых в Web of Science Core Collection и Scopus и относящихся к первому квартилю (Q1, scimagojr.com).

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
• Исследованы продольные и поперечные мгновенные скорости звука обобщенных систем Леннерда-Джонса (n-6) с n в диапазоне от 12 до 7 и показано, что жесткость отталкивающей ветви лишь незначительно влияет на величину скоростей звука. • Предложен метод оценки избыточной энтропии простых жидкостей вблизи фазового перехода жидкость – твердое тело. Он представляет собой вариант ячеечной теории, в котором особое внимание уделяется взаимосвязи между термодинамикой жидкого состояния и свойствами коллективных мод. Показано, что метод особенно хорошо работает для жидкостей с отталкивающими взаимодействиями, вблизи линии замерзания. • Разработан новый метод классификации частиц на газовые, конденсированные и поверхностные в MD моделированиях и в экспериментах, позволивший систематически рассчитать фазовые диаграммы систем с обобщённым потенциалом Леннарда-Джонса. • Установлено, что скорость гомогенной нуклеации системы с обобщённым потенциалом Леннарда-Джонса не зависит от дальнодействия притяжения, если потенциалы отнормированы так, что значения минимумов совпадают. • Установлено, что температурная зависимость подвижности на конденсированной бинадали веществ линейна в широком диапазоне температур, и наклон данной зависимости возрастает с уменьшением дальнодействия потенциала взаимодействия, а спектры возбуждений переходят от осцилирующего к монотонному виду. • Проведена масштабная серия экспериментальных работ с двумерными коллоидными жидкостями, собранными при помощи внешних вращающихся электрических полей, и получены данные о флуктуациях плотности в различных режимах взаимодействия в коллоидных жидкостях. • В результате экспериментов с коллоидными системами во внешних вращающихся электрических полях установлено, что коэффициент диффузии "газовых" частиц имеет постоянный характер при изменении эффективной температуры, а конденсированных изменяется линейно. Выявлено, что диффузия коллоидных частиц в кластерах не зависит от их (кластеров) размеров. • Экспериментально измерены корреляционные длинны при различных значениях эффективной температуры в коллоидных жидкостях во внешних вращающихся электрических полях.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В соответствии с заявленным планом, в ходе выполнения третьего этапа работ был проведен комплекс теоретических, вычислительных и экспериментальных работ и получены следующие ключевые результаты: Рассмотрены особенности поведения транспортных коэффициентов в жидкостях различного типа при приближении к точке замерзания (со стороны более высоких температур и низких плотностей). Установлено, что численные значения безразмерных транспортных коэффициентов в точках минимума и вблизи кристаллизации коррелируют с мягкостью взаимодействия: значения коэффициентов вязкости и теплопроводности в точках минимуму и кристаллизации несколько уменьшаются при увеличении мягкости взаимодействия, а коэффициент диффузии напротив несколько увеличивается. Проведено систематическое моделирование методом молекулярной динамики (МД) двумерных систем частиц с парными взаимодействиями, которые описываются обобщенным потенциалом Леннарда-Джонса. Рассчитаны бинодали жидкость-газ, измерены температуры и плотности тройных и критических точек. Установлено, что уменьшение диапазона притяжения приводит к уменьшению значения критической температуры и ее отношения к температуре тройной точки. Уточнены значения температур и плотностей тройных точек, а также диффузии и подвижности на жидкостной ветви бинодали жидкость-газ в трехмерных системах частиц, взаимодействующих согласно обобщенному потенциалу Леннарда-Джонса для различных величин дальнодействия межчастичного притяжения. Проведены серии экспериментальных работ по исследованию двумерных коллоидных суспензий во вращающихся магнитных полях. Был отработан протокол проведения экспериментальных работ. Для проведения последующей пост-обработки и анализа транспортных свойств коллоидный системы были проведены 3 серии экспериментов по исследованию диффузии в системе коллоидной суспензии во вращающемся магнитном поле, состоящих из 20 видео. Была проведена пост-обработка экспериментальных результатов исследования транспортных свойств коллоидных суспензий во вращающихся магнитных полях. На основе полученных данных проводился анализ системы микрочастиц с управляемым взаимодействием. Была определена зависимость среднеквадратичного смещения от времени и коэффициент диффузии. Результаты демонстрируют хорошее согласие с результатами экспериментов по исследованию диффузии системы микрочастиц в электрических полях. При помощи метода молекулярной динамики (МД), было проведено моделирование, дополняющее экспериментальные работы по исследованию диффузии системы коллоидной суспензии во внешних вращающихся электрических полях. Получена температурная зависимость коэффициента диффузии и проведено сравнение с экспериментальными результатами, полученными в ходе выполнения второго этапа настоящего проекта. Так же проанализированны аппроксимации зависимостей коэффициента диффузии для экспериментов и моделирования. Результаты показывают, что: (i) коэффициент диффузии линейно зависит от температуры, (ii) коэффициенты температурной восприимчивости диффузии согласуется между экспериментом и моделированием. Стоит отметить, что значение отношения коэффициента диффузии конденсированной фазы в тройной точке к коэффициенту диффузии в газовой фазе Dtp/Dgas = 0.11, что хорошо соответствует универсальному динамическому критерию кристаллизации. По результатам выполнения проекта за третий этап одна статья опубликована, другая принята к опубликованию, обе в журналах, входящих в квартиль Q1; представлено 5 докладов на всероссийских и международных конференциях, защищены: квалификационная бакалаврская работа и магистрская диссертация по направлению подготовки «Техническая физика».