Анотація до роботи:

Локотош Т.В. Статистичні та динамічні властивості систем з сильними водневими зв’язками. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук зі спеціальностей 01.04.02 - теоретична фізика і 01.04.14 - теплофізика та молекулярна фізика. – Київський Національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2004.

Дисертація присвячена теоретичному дослідженню систем з сильними водневими зв’язками, в первую чергу - води в нормальному, переохолодженому та кристалічному станах, слабо-концентрованих водних розчинів спиртів, водних розчинів сферичних міцел, побудові нових загальних статистичних методів аналізу рівноважних властивостей мікронеоднорідних систем та опису колективних рухів молекул у рідинах.

Розроблено метод структурних функцій та розширену теорію теплових гідродинамічних флуктуацій, на їх основі досліджено особливості рівноважних та нерівноважних флуктуацій при наближенні до спінодалі вода-льод. Суттєво вдосконалено концепцію кластерної мікронеоднорідної структури води. Запропоновано модель двовимірної води нового типу, досліджено вплив взаємодії водневих зв’язків та незвідних багаточастинкових кореляційних ефектів на формування стану системи. Започатковано застосування гамільтонова формалізму до опису протонно-невпорядкованих та впорядкованих модифікацій льоду. Досліджено колективні збудження у кубічному льоді-VIII, описано спектр коливань різного типу, розглянуто колективні протонні контурні збудження. Обґрунтовано кластерну концепцію структури сильно розчинених водно-спиртових розчинів. Запропоновано новий механізм міжміцелярної взаємодії в неіонних розчинах сферичних міцел, обумовлений тепловими флуктуаціями їх форми. Розроблено новий варіант лагранжевської теорії теплових гідродинамічних флуктуацій в рідинах, запроваджено його застосування до проблем молекулярної динаміки. Закладено основи нового статистичного методу самоузгодженої побудови кореляційних функції та термодинамічних потенціалів. Переваги методу продемонстровано на розгляді кількох класичних задач статистичної фізики.

Ключові слова; водневі зв’язки, кластерна структура, незвідні багаточастинкові кореляційні ефекти, колективні рухи, Гамільтонів формалізм.

1. В дисертації доведено, що структурні функції є адекватним інструментом опису термодинамічних властивостей систем з водневими зв’язками. В рамках концепції структурних функцій чисельні аномалії води, зокрема, отримують чітке і послідовне тлумачення.

2. Показано, що характерні особливості нерівноважних процесів у нормальній та переохолодженій воді визначаються флуктуаціями густини водневих зв’язків та їх зв’язком з флуктуаціями інших термодинамічних змінних.

3. Наведено вагомі аргументи на користь існування спінодалі типу рідина-кристал у переохолодженій воді. Встановлено, що специфіка перетину поверхонь а) нестійкості рідини ті б) хімічного потенціалу водневих зв’язків є причиною слабкого прояву спінодалі в експериментах з калориметрії, молекулярного розсіювання світла, розсіювання рентгенівських променів тощо.

4. Обґрунтовано існування кластерів у воді та водно-спиртових розчинах, визначено їх розміри, час життя та основні параметри структури. На цій основі встановлено існування трьох важливих інваріантів теплового руху молекул у переохолодженій воді.

5. Показано, що характер температурної залежності коефіцієнтів самодифузії та зсувної в’язкості переохолодженої води визначаються процесами перебудови кристало-подібнх кластерів.

6. Доведено, що водневі зв’язки у льодах приводять до значного перемішування фононних, лібронних та протонних коливань.

7. З’ясовано, що аномальне зростання флуктуацій у розведених водно-спиртових розчинах є обумовленим утворенням та розпадом стійких кластерів, до яких входять 2 молекули гліцерину та молекул води. Специфіка флуктуацій дає важливу інформацію про відносне розташування пседоспінодалі підсистеми кластерів та порогу їх перколяції.

8. Доведено суттєву роль нового флуктуаційно-мультипольний механізму міжміцелярної взаємодії у формуванні фазових діаграм нейонних водно-міцелярних розчинів.

9. Розвинуто вільну від протиріч Лагранжеву теорію теплових гідродинамічних флуктуацій. Показано, що відносна величина колективних внесків в коефіцієнт самодифузії рідин різного типу сягає , при чому утворення водневих зв’язків сприяє її зростанню.

10. Показано, що колективний рух молекул є відповідальним за осциляційну поведінку автокореляційних функцій поступальної і кутової швидкостей молекули та кореляційної функції потоку числа частинок.

11. Встановлено, що уширення квазіупружного некогерентного піку розсіювання повільних нейтронів у переохолодженій воді при значних передачах імпульсу обумовлюється рухом молекулярних кластерів, характерний розмір яких співпадає з оптимальним радіусом лагранжевої частинки.

12. Запропонований у роботі метод незвідних багаточастинкових кореляційних функцій, який узагальнює відомі методи Бете-Пайерлса, Кікучі, віріального розкладу та інші, є ефективним інструментом дослідження систем з сильними водневими зв’язками та ідейно близьких до них систем з жорсткими правилами заборони.

Основні результати дисертації опубліковано в таких роботах:

1. Т.В.Локотош. Коллективные возбуждения во льду-VIII // ЖФХ.- 1993. -Т. 67, Вып.2. - С. 210-216.

2. В.Г.Забродский, Т.В.Локотош. Основное состояние и коллективные возбуждения в протонно-упорядоченной фазе кубического льда // УФЖ. - 1993. - Т. 38, Вып. 11. - С. 1714 -1722.

3. Т.В.Локотош, Н.П.Маломуж. Протонное упорядочение в кубическом льду // ХФ. - 1993.-Т.12, Вып. 7.-С. 897-907.

4. Т.В.Локотош, Н.П.Маломуж. Диэлектрическая проницаемость сильновязких жидкостей типа глицерина// ЖФХ. - 1994. -Т. 68, Вып. 6.-С. 984-994.

5. В.Г.Забродский, Т.В.Локотош. Диэлектрическая проницаемость льда- VIII // УФЖ. - 1994. - Т. 40, Вып. 8. - С. 693-701.

6. T.V.Lokotosh, N.P.Malomuzh. Influence of proton subsystem on properties of cubic ice// Atti Accademia Peloritana dei Pericolanti. Classe I di Scienze Fis. Mat.e Nat.,vol.LXXII (1994), Р.2 -49.

7. T.V.Lokotosh, S.Magazu, G.Maisano, N.P.Malomuzh. The peculiarities of fluctuations in supercooled water // J.Mol.Str. - 1996 . - V. 382. - P. 1-10.

8. T.В.Локотош, Н.П.Маломуж, А.И.Фисенко. Флуктуационно-мультипольный механизм межмицеллярного взаимодействия в неионных растворах// Колл. журн. – 1997. - Т. 59, Вып.1. - С. 71-78.

9. Т.В.Локотош, Н.П.Маломуж, А.И.Морозов. Силы дальнодействия в дисперсных системах// ФАС – 1999. – Вып. 37. – С. 26 – 33.

10. T.V.Lokotosh, N.P.Malomuzh. Lagrange theory of thermal hydrodynamic fluctuations and collective diffusion in liquids// Physica A – 2000. – V. 286, N 3-4. - Р. 474-488.

11. T.V.Lokotosh, S.Magazu, G.Maisano, N.P.Malomuzh. Nature of self-diffusion and viscosity in supercooled liquid water// Phys.Rev.E – 2000. – V.62.- P. 3572 -3580.

12. T.V.Lokotosh, N.P.Malomuzh, A.I.Fisenko. Fluctuation-multipole mechanism of intermicellar interaction in non-ionic solutions// Physica A – 2001. - V. 290, N 1,2. - P. 23-38.

13. T.V.Lokotosh, N.P.Malomuzh. Manifestation of collective effects in the rotational motion of molecules in liquids// J.Mol.Liq. – 2001. - V.93, N 1-3 - P. 95-108.

14. C.Branca, A.Faraone, T.V.Lokotosh, S.Magazu, G.Maisano, N.P.Malomuzh, P.Migliardo, V.Vallauri. Diffusive dynamics: self vs. collective behaviour// J.Mol.Liq.- 2001. - V.93, N 1-3, P. 139-149.

15. T.V.Lokotosh, N.P.Malomuzh, K.S.Shakun. Nature of oscillations for the autocorrelation functions for transversal and angular velocities of a molecule// J.Mol.Liq. – 2002. - V. 96-97 – P. 245-263.

16. Л.А.Булавін, Т.В.Локотош, М.П.Маломуж. Природа напівширини квазіпружнього піку некогерентного розсіювання повільних нейтронів у воді при значних передачах імпульсу// ДАНУ – 2002 - № 9 – C. 71-76.

17. Л.А.Булавін, Т.В.Локотош, М.П.Маломуж.. Нормування парної кореляційної функції та проблема стисливості// ДАНУ – 2002. - № 10 – C. 73-77.

18. V.Eu.Chechko, T.V.Lokotosh, N.P.Malomuzh, V.G.Zaremba, V.Ya,Gotsul’sky. Clusterization and anomalies of fluctuations in alcohol solutions of low concentrations // JPS – 2003. - V.7, N 2. – P. 365-374.

19. Т.В.Локотош, О.М.Горун. О природе вкладов в энтропию полинговского льда // ФНТ –2003. –Т.29, № 2 - С. 179-188.

20. T.V.Lokotosh, N.P.Malomuzh. Consistent cluster approach to the description of correlation functions and thermodynamic potentials // J.Mol. Liq. – 2003 – V.105, N 2-3. – P. 237-243.

21. T.V.Lokotosh, N.P.Malomuzh, K.S. Shakun. Peculiarities of time dependence of the current-current correlation function // J.Chem. Phys. – 2003. – V.118, N 23. – P.10382 - 10386.

22. Т.В.Локотош, Н.П.Маломуж, В.Л. Захарченко. Связь структуры воды с аномалиями ее плотности и диэлектрической проницаемости // ЖСХ. – 2003. – Т.44, № 6.- С.1104 – 1113.

23. Л.А.Булавін, Т.В.Локотош, М.П.Маломуж. Модель полімерного розчину Флорі-Хаггінса: нова версія самоузгодженого наближення середнього поля // Вісник Київського університету. – 2003. – Вип. 3. – С. 303-314.

24. L.A.Bulavin, T.V.Lokotosh, N.P.Malomuzh, K.S.Shakun. Collective contributions to the selfdiffusion process in liquids// UJР. – 2004 – V.49, № 6 – Р. 556 – 561.