Спектральный анализ тепловых флуктуаций в переходных областях предплавления KI

Аннотация

В различных системах вблизи точек фазовых переходов наблюдаются неравновесные флуктуации по типу нелинейного броуновскго шума. Такие неравновесные процессы, как правило, являются предвестниками разрушения и деградации материалов. Наблюдение вблизи точки плавления Tm переходных явлений предплавления, аномальное поведение с температурой некоторых физических параметров, указывают на то, что по мере приближения к точке плавления структура и свойства твердого тела претерпевают изменения, как правило, нелинейно зависящие от скорости нагревания. Для характеристики состояния сложных динамических систем необходимо рассчитать показатель формы флуктуационного спектра, который несет информацию о происходящих в системе процессах и
взаимосвязях различных подсистем. По изменению спектральных характеристик флуктуационных процессов можно судить не только о состоянии системы, но и разрабатывать методики прогноза ее эволюции. Цель настоящей работы – параметризация тепловых флуктуаций в области предплавления ионных кристаллов KI и изучение зависимости спектральных параметров от кинетических режимов нагревания.
Для определения спектральных характеристик тепловых флуктуаций в области предплавления KI в различных кинетических режимах использовался вейвлет-анализ. Вейвлетный анализ соединяет возможности, присущие классическому спектральному Фурье-анализу, с возможностями локального исследования различных флуктуационных и колебательных процессов в частотном и временном пространстве. Это позволяет выявлять особенности процессов на различных временах и масштабах эволюции системы. Вейвлет-преобразование колебательных процессов позволило получить информацию о динамике развития сложных систем в различных неравновесных условиях. Показано, что тепловые флуктуации в области предплавления KI представляют собой нелинейный броуновский шум с показателем самоподобия b ~ 2. С помощью показателя Херста определен тип флуктуационного процесса. Показано, что в динамических режимах нагревания (v = 5, 10 К/мин)
флуктуационный процесс характеризуется колебательным характером эволюции по типу «устойчивое-неустойчивое» (свойство антиперсистентности), а квазистатических режимах (v = 1 К/мин) – поддерживается первоначальная тенденция эволюции системы (свойство персистентности).

ЛИТЕРАТУРА

1. Битюцкая Л. А., Селезнев Г. Д. Тепловой фликкер-шум в диссипативных процессах предплавления. ФТТ. 1999;41(9): 1679–1682. Режим доступа: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/35546
2. Геращенко О. В., Матвеев В. А., Плешанов Н. К., Байрамуков В. Ю. Электрическое сопротивление и 1/f-флуктуации в тонких пленках титана. ФТТ. 2014; 56(7): 1386–1390. Режим доступа:
https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/26940
3. Клочихин В. Л., Лакеев С. Г., Тимашев. С. Ф. Фликкер-шум в химической кинетике (микроско-
пическая кинетика и флуктуации в стационарных химических процессах). ЖФХ. 1999; 73(2): 224–231.
4. Павлов А. Н., Храмов А. Е., Короновский А. А., Ситникова Е. Ю., Макаров В. А., Овчинников А. А.
Вейвлет-анализ в нейродинамике. УФН. 2012; 182(9): 905–939. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNe.0182.201209a.0905
5. Копосов Г. Д., Бардюг Д. Ю. Анализ предплавления льда во влагосодержащих дисперсных средах. Письма ЖТФ. 2007;33(14): 80–86. Режим доступа: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/13605
6. Шибков А. А., Гасанов М. Ф., Золотов А. Е., Желтов М. А., Денисов А. А., Кольцов Р. Ю., Кочегаров С. С. Электрохимическая эмиссия при деформировании и разрушении алюминий-магниевого
сплава в водной среде. ЖТФ. 2020;90(1): 85–93. DOI: https://doi.org/10.21883/JTF.2020.01.48666.151-19
7. Feychuk P., Bityutskaya L., Mashkina E., Shcherbak  L. Heat processes oscillations in the molten and
solid CdTe. J. Cryst. Growth. 2005;275(1–2): e1827–e1833. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.11.256
8. Umeno Y., Shimada T., Kitamura T. Dislocation nucleation in a thin Cu fi lm from molecular dynamics
simulations: Instability activation by thermal fl uctuations. Phys. Rev. B. 2010;82(10): 104108/1–
104108/11. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.104108
9. Уракаев Ф. Х., Массалимов И. А. Флуктуации энергии и эмиссионные явления в устье трещины.
ФТТ. 2005;47(9): 1614–1618. Режим доступа: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/3966
10. Коверда В. П., Скоков В. Н. Масштабные преобразования 1/f флуктуаций при неравновесных фазовых переходах. ЖТФ. 2004;74(9): 4–8. Режим доступа: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/8357
11. Жигальский Г. П. Флуктуации и шумы в электронных твердотельных приборах. М.: Физматлит;
2012. 512 с.12. Bityutskaya L. A., Mashkina E. S. System of kinetic parameters of the transition processes under melting of crystalline substances. Phase Transition. 2000;71: 317–330. DOI: https://doi.org/10.1080/01411590008209312
13. Машкина Е. С. Влияние аниона на переходные процессы при плавлении ионных кристаллов.
Конденсированные среды и межфазные границы. 2011;13(3): 309–314. Режим доступа: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_13_3_2011_010.pdf
14. Астафьева Н. М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения. УФН. 1996;166(11):
1145–1170. DOI: https://doi.org/10.1070/PU1996v039n11ABEH000177
15. Дремин И. М., Иванов О. В., Нечитайло В. А. Вейвлеты и их использование. УФН. 2001;171(5):
465–501. DOI: https://doi.org/10.1070/PU-2001v044n05ABEH000918
16. Arby P., Goncalves P., Vehel J. L. Scaling, fractals and wavelets. London: John Wiley & Sons; 2009.464 p.
17. Смоленцев Н. К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB. М.: ДМК Пресс; 2014. 628 с.
18. Hurst H. E., Black R. P., Simaika Y. M. Long-term storage: An experimental study. London: Constable;
1965. 145 p.
19 Чен Б. Б., Имашев С. А. Оценка параметра Херста по наклону энергетического спектра на
основе вейвлет-преобразования. Вестник КРСУ. 2007;7(8): 65–75. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=13519890
20. Зульпукаров М.-Г. М., Малинецкий Г. Г., Подлазов А. В. Пример решения обратной задачи
теории бифуркации в динамической системе с шумом. Изв. вузов. ПНД. 2005;13(5–6): 3–23.