Padrões filotáticos e efeitos de interações de três corpos em agregados Coulombianos
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Data de Publicação: | 2023 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/52747 |
Resumo: | Apresentamos nessa tese um estudo sobre a estabilidade mecânica de sistemas de partícu- las clássicas interagentes confinadas por potenciais circularmente simétricos. Primeiramente, consideramos o problema de partículas coulombianas armadilhadas por um potencial que re- produz dois comportamentos de interesse: para pequenas distâncias, o potencial se comporta como um poço harmônico, enquanto que, para longas distâncias, o potencial é especialmente desenhado para produzir um perfil de densidade não uniforme mapeada por uma transformação conforme. O caso harmônico com interação de pares já foi exaustivamente investigado na lite- ratura, especialmente no contexto de um problema clássico de Thomsom, sendo caracterizado por distribuições de partículas essencialmente uniformes e pela existência de certos números mágicos, nos quais as partículas formam estruturas mais estáveis. Já o caso conforme, tem sido investigado apenas recentemente, no contexto de partículas magnéticas confinadas, vórtices supercondutores e skyrmions magnéticos. As propriedades das estruturas conformes encontra- das ainda não são completamente entendidas. Em nosso trabalho com partículas de Coulomb, obtivemos configurações de equilíbrio em = 0 a partir de simulações de sistemas com nú- mero de partículas variado. De todas as configurações encontradas algumas chamam atenção pela estrutura simétrica e repetitiva que se assemelham a padrões filotáticos encontrados em algumas espécies de plantas, tais como padrões em camadas comensuráveis (decussada, tri- cussada, etc.) e padrões espirais. Observamos que as configurações comensuráveis dominam o diagrama de fases quando se aumenta o grau de conformidade do potencial. Analisamos em detalhes as propriedades espectrais dos modos elásticos para diferentes intensidades de confinamento conforme assim como mudanças estruturais entre as configurações comensu- ráveis. Posteriormente realizamos um trabalho colaborativo em que aplicamos a análise dos modos elásticos buscando compreender como os efeitos das interações de três corpos afetam a estrutura e estabilidade mecânica de sistemas de partículas clássicas 2D confinadas harmoni- camente. Analisamos através do espectro de autofrequências quais modos são mais facilmente excitados nas proximidades das transições estruturais e de compactação. Um forte aumento ocorre nas autofrequências quando o sistema sofre compactação e nas transições estruturais ocorrem algumas mudanças descontinuas. Estudamos a metaestabilidade de algumas configu- rações a partir do comportamento da frequência mais baixa diferente de zero, assim como os modos associados a essa frequência. |
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SILVA, Emerson José Freitas dahttp://lattes.cnpq.br/4935397588477580http://lattes.cnpq.br/8076432608646837SILVA, Clécio Clemente de Souza2023-10-10T12:20:14Z2023-10-10T12:20:14Z2023-08-30SILVA, Emerson José Freitas da. Padrões filotáticos e efeitos de interações de três corpos em agregados Coulombianos. 2023. Tese (Doutorado em Física) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2023.https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/52747ark:/64986/001300000dc52Apresentamos nessa tese um estudo sobre a estabilidade mecânica de sistemas de partícu- las clássicas interagentes confinadas por potenciais circularmente simétricos. Primeiramente, consideramos o problema de partículas coulombianas armadilhadas por um potencial que re- produz dois comportamentos de interesse: para pequenas distâncias, o potencial se comporta como um poço harmônico, enquanto que, para longas distâncias, o potencial é especialmente desenhado para produzir um perfil de densidade não uniforme mapeada por uma transformação conforme. O caso harmônico com interação de pares já foi exaustivamente investigado na lite- ratura, especialmente no contexto de um problema clássico de Thomsom, sendo caracterizado por distribuições de partículas essencialmente uniformes e pela existência de certos números mágicos, nos quais as partículas formam estruturas mais estáveis. Já o caso conforme, tem sido investigado apenas recentemente, no contexto de partículas magnéticas confinadas, vórtices supercondutores e skyrmions magnéticos. As propriedades das estruturas conformes encontra- das ainda não são completamente entendidas. Em nosso trabalho com partículas de Coulomb, obtivemos configurações de equilíbrio em = 0 a partir de simulações de sistemas com nú- mero de partículas variado. De todas as configurações encontradas algumas chamam atenção pela estrutura simétrica e repetitiva que se assemelham a padrões filotáticos encontrados em algumas espécies de plantas, tais como padrões em camadas comensuráveis (decussada, tri- cussada, etc.) e padrões espirais. Observamos que as configurações comensuráveis dominam o diagrama de fases quando se aumenta o grau de conformidade do potencial. Analisamos em detalhes as propriedades espectrais dos modos elásticos para diferentes intensidades de confinamento conforme assim como mudanças estruturais entre as configurações comensu- ráveis. Posteriormente realizamos um trabalho colaborativo em que aplicamos a análise dos modos elásticos buscando compreender como os efeitos das interações de três corpos afetam a estrutura e estabilidade mecânica de sistemas de partículas clássicas 2D confinadas harmoni- camente. Analisamos através do espectro de autofrequências quais modos são mais facilmente excitados nas proximidades das transições estruturais e de compactação. Um forte aumento ocorre nas autofrequências quando o sistema sofre compactação e nas transições estruturais ocorrem algumas mudanças descontinuas. Estudamos a metaestabilidade de algumas configu- rações a partir do comportamento da frequência mais baixa diferente de zero, assim como os modos associados a essa frequência.In this thesis, we present a study on the mechanical stability of interacting classical particle systems confined by circularly symmetric potentials. First, we consider the problem of Coulomb particles trapped by a potential that reproduces two behaviors of interest: for small distances, the potential behaves like a harmonic well, while, for long distances, the potential is specially designed to produce a non-uniform density profile mapped by a conformal transformation. The harmonic case with pair interaction has already been exhaustively investigated in the literature, especially in the context of a classic Thomson problem, being characterized by essentially uniform distributions of particles and by the existence of certain magic numbers, in which particles form more stable structures. The conformal case has only recently been investigated in the context of confined magnetic particles, superconducting vortices and magnetic skyrmions. The properties of the found conformal structures are still not completely understood. In our work with Coulomb particles, we obtained equilibrium configurations at = 0 from simulations of systems with varied number of particles. Of all the configurations found, some stand out due to their symmetrical and repetitive structure, which resemble phyllotactic patterns found in some plant species, such as patterns in commensurable layers (decussate, tricussate, etc.) and spiral patterns. We observe that the commensurable configurations dominate the phase diagram when the degree of conformity of the potential is increased. We analyze in detail the spectral properties of the elastic modes for different intensities of conformal confinement as well as structural changes between the measurable configurations. Subsequently, we carried out a collaborative work in which we applied elastic mode analysis in order to understand how the effects of three-body interactions affect the structure and mechanical stability of classical 2D harmonically confined particle systems. We analyzed through the eigenfrequency spectrum which modes are more easily excited near the structural and compaction transitions. A strong increase occurs in eigenfrequencies when the system undergoes compaction and in structural transitions some discontinuous changes occur. We studied the metastability of some configurations from the behavior of the lowest non-zero frequency, as well as the modes associated with this frequency.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em FisicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessFísica da matéria condensada e de materiaisCristais conformesPartículas clássicas interagentesInterações de três corposPadrões filotáticos e efeitos de interações de três corpos em agregados Coulombianosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Emerson José Freitas da Silva.pdfTESE Emerson José Freitas da Silva.pdfapplication/pdf16457848https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/52747/1/TESE%20Emerson%20Jos%c3%a9%20Freitas%20da%20Silva.pdf476b9b4ff378c505c5b36ad9bcad2dd5MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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