ИМИТАТОР ПРОЦЕССОВ УПРУГОЙ ИОННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ КРИСТАЛЛОВ ТИПА АВ

Полезная модель относится к системам управления и может быть использована в молекулярной физике и физической химии для расчета энергетических характеристик и дальнейшей визуализации молекулярно-атомарной структуры вещества.
В результате проведения патентно-информационного поиска аналогов выявлено не было.
Задача полезной модели направлена на создание устройства имитации процессов упругой ионной поляризации кристаллов типа АВ.
Данная задача достигается за счет того, что кристалл рассматривается в качестве совокупности взаимодействующих заряженных частиц, процесс электрической деформации каждой из которых, происходящий под действием переменного электрического поля малой амплитуды, описывается уравнениями вынужденных гармонических колебаний с трением, которые с точки зрения кибернетики могут быть представлены в виде некоторой замкнутой линейной системы управления с явно выраженной отрицательной обратной связью.
∞
∞
1
2
1
2
∞
M
01
02
1
2
0
Сущность полезной модели заключается в том, что имитатор процессов упругой ионной поляризации кристаллов типа АВ включает блок генерирования входного сигнала, выход которого соединен с первым входом первого блока суммирования, а выход последнего подключен ко входу осциллографа и ко входу блока усилителя со значением ε - 1, где ε - диэлектрическая проницаемость в видимой части оптического спектра, а так же ко входам каждого из двух параллельно соединенных блоков множителей со значениями  и , где, q, q - заряды ионов, m, m - массы ионов, при этом выход блока усилителя со значением ε - 1 подключен ко второму входу второго блока суммирования, в свою очередь выход блока усилителя со значением  связан с первым входом пятого блока суммирования, выход которого соединен с входом блока, формирующего передаточные характеристики ионной связи отрицательного иона, а выход последнего подключен к первому входу третьего блока суммирования и ко входу блока усилителя со значением , где A - постоянная Моделунга, ω, ω - частоты собственных колебаний ионов, β, β - коэффициенты затухания колебаний частиц, причем выход этого блока усилителя подключен ко входу усилителя со значением , выход которого соединен с первым входом четвертого блока суммирования, второй вход которого связан с выходом блока усилителя со значением , а выход - со входом блока, формирующего передаточные характеристики ионной связи положительного иона, выход последнего, в свою очередь, подключен ко второму входу третьего блока суммирования, и ко входу блока усилителя со значением , выход которого соединен со входом усилителя со значением , а выход этого блока усилителя подключен ко второму входу пятого блока суммирования, при этом выход третьего блока суммирования связан со входом блока усилителя с коэффициентом N, где N эквивалентно концентрации частиц, выход которого соединен со входом блока усилителя с коэффициентом , где ε - электрическая постоянная, выход последнего подключен к первому входу второго блока суммирования, выход которого, в свою очередь, связан со вторым входом первого блока суммирования.
0
0
E0
E0
Полезная модель поясняется чертежом, где на фигуре представлена блок-схема имитатора процессов упругой ионной поляризации кристаллов типа АВ, в которую входят: 1 - блок генерирования входного сигнала Е, соответствующего напряженности внешнего поля (в общем случае это синусоидальный сигнал Е=ASin(ωt)); 2 и 3 - первый и второй блоки суммирования; 4 - блок усилителя с коэффициентом ; 5 - блок усилителя с коэффициентом N; 6 - третий блок суммирования; 7 - 8 - блоки множителей со значениями  и  - соответственно; 9-10 - блоки формирователей передаточных характеристик; 11-12 - четвертый и пятый блоки суммирования; 13-14 - блоки множителей со значениями  и  соответственно; 15-16 - блоки множителей со значениями  и  соответственно; 17 - блок усилителя со значением ε∝-1, 18-18 - осциллограф; Ε - сигнал на выходе системы, соответствующий напряженности эффективного поля.
Принимая во внимание, что динамика процесса упругой ионной поляризации описывается уравнениями
1
2
где µ(t), µ(t) - наведенные дипольные моменты соответствующих частиц;
01
02
1
2
ω, ω и β, β - частоты собственных колебаний и коэффициенты их затухания;
∞
ε - диэлектрическая проницаемость в видимой части оптического спектра;
0
ε - диэлектрическая проницаемость вакуума;
N - объемная концентрация формульных единиц;
М
А - постоянная Маделунга кристаллической решетки;
p - показатель степени в потенциале отталкивания Борна.
e
е и m - заряд и масса электрона;
0
E(f) и E(t) - функции напряженности внешнего и эффективного полей;
1
2
1
2
q, q и m, m - заряды и массы ионов.
В свою очередь формулы собственных частот разбираемых колебаний и коэффициентов затухания, а также радиальных значений электронных орбит имеют вид:
; ; ; ,
эф
где Ζ - эффективный заряд ядра, действующий на электроны оптической оболочки ионов;
0
µ - магнитная постоянная;
k
r - сферический радиус орбитали;
0
r - первый Боровский радиус;
n - главное квантовое число электронной оболочки;
- постоянная Планка.
эф k
Необходимо отметить, что величины Z могут рассчитываться на основании методики, предложенной Слэйтором, согласно которой:
- вклад электронов, внешних по отношению к группе X (предполагается, что рассматриваемая орбиталь принадлежит некоторой группе X), равен 0;
1
- вклад электронов из группы X равен 0,30, если это s - электроны, и 0,35 в остальных случаях;
k
k
- если рассматриваемые электроны находятся на s - или p - орбиталях группы X, то вклад каждого из электронов, расположенных на внутренних орбиталях с главным квантовым числом n-1, равен 0,85, а вклады электронов, находящихся на орбиталях с главным квантовым числом n-2, n-3, … равны 1,00;
k
k
- если рассматриваются электроны, расположенные на или d - или f - орбиталях группы X, то вклад каждого из электронов для групп, предшествующих рассматриваемой равны 1,00.
эф
Так же следует отметить, что при расчете величин Ζ использовалось значение σ*, оптимизированное за счет сканирования интегральной ошибки между расчетным спектром комплексной диэлектрической проницаемости и ее физическим измеренным аналогом, благодаря чему полученные значения объективно характеризуют эффективный заряд атомного остатка, действующий на каждый из электронов иона.
Система функционирует следующим образом.
∝
Сигнал с выхода блока генерирования входного сигнала 1 поступает на первый вход первого блока суммирования 2. Сигнал с выхода первого блока суммирования 2 поступает на входы каждого из двух параллельно соединенных блоков множителей 15 и 16 со значениями  и  соответственно, а также на вход блока усилителя 17 со значением ε - 1 и на осциллограф 18. Сигнал с выхода блока усилителя 17 поступает на первый вход второго блока суммирования 3. Сигнал с выхода блока усилителя 16 со значением  подключен к первому входу пятого блока суммирования 12, сигнал выхода которого направлен на вход блока 10, формирующего передаточные характеристики ионной связи отрицательного иона, а сигнал с его выхода поступает на первый вход третьего блока суммирования 6 и на вход блока усилителя 8 со значением . Сигнал с выхода этого блока подключен к входу блока усилителя 13 со значением , выход которого поступает на первый вход четвертого блока суммирования 11. На второй его вход поступает сигнал с выхода блока усилителя 15 со значением . А сигнал выхода четвертого блока суммирования 11 соединен со входом блока 9, формирующего передаточные характеристики ионной связи положительного иона, выход которого подключен ко второму входу третьего блока суммирования 6 и ко входу блока усилителя 7 со значением , сигнал с выхода которого поступает на вход усилителя 14 со значением -, а его выход подключен ко второму входу пятого блока суммирования 12. Сигнал с выхода третьего блока суммирования 6 поступает на вход блока усилителя 5 с коэффициентом N, а сигнал с его выхода поступает на вход блока усилителя 4 с коэффициентом , выход которого подключен ко второму входу второго блока суммирования 3, а его выход соединен со вторым входом первого блока суммирования 2.
Технический результат использования полезной модели заключается в создании устройства имитации процессов упругой ионной поляризации кристаллов типа АВ, сформированной на базе учета сложного строения электронных оболочек составляющих их ионов, представляющих собой совокупности сферических орбит конкретных электронных пар. С использованием представленной полезной модели возможен расчет энергетических характеристик и дальнейшая визуализация молекулярно-атомарной структуры вещества. Ранее для описания орбиталей многоэлектронных атомов применялась методика Слэйтора, которая не позволяла получить достоверные результаты. Поэтому была предложена модифицированная методика для представления процессов упругой ионной поляризации кристаллов типа AB.
Данное устройство может быть реализовано промышленным способом на основе стандартной элементной базы.