➤

Динамика флуктуаций параметра порядка в жидкостях и их проявление в оптических и акустических явлениях

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время в мире в связи с продолжающимся развитием физики фазовых переходов и кооперативных явлений в жидкостях, а также оптики сильнофлуктурирующих сред чрезвычайно актуальна проблема исследования физических процессов, протекающих в области критических и особых точек однокомпонентных жидкостей и растворов, когда начинают проявляться крупномасштабные корреляции и процессы структурного образования и распада на наноразмерных пространственных и временных масштабах. Данные исследования связаны с установлением особенностей взаимодействия коллективных степеней свободы среды (параметр порядка) с внутренними степенями свободы при фазовых переходах. Решение этой проблемы имеет важное научно-прикладное значение для практической реализации перспективных нано-технологических направлений в области современной биофизики, биохимии и биотехнологии.
Ценная информация для выявления коррелятивных свойств жидкостей на нано-масштабах может быть получена при изучении динамики изменения интегральной интенсивности, спектральной ширины и частотного смещения компонент тонкой структуры в спектре релеевского рассеяния света в окрестности критической и особой точек состояния жидкости. Исследование спектра молекулярного рассеяния света позволяет получать уникальную информацию о структуре и кинетических свойствах вещества ввиду того, что спектральный состав рассеянного света определяется динамикой флуктуаций различных термодинамических величин исследуемой среды. Однако практическая реализация такого рода исследования - весьма сложная экспериментальная задача. Вблизи критической точки регистрация тонкой структуры спектра осложняется высоким уровнем флуктуаций в среде, приводящим к сильному росту интенсивности рассеяния на частоте возбуждающего света. По этой причине до настоящего времени исследования тонкой структуры спектра рассеянного света в окрестности критических точек жидкостей весьма ограничены.
Востребованность темы диссертации обусловлена необходимостью установления закономерностей динамики флуктуационных и структурообразующих явлений на масштабах среднего молекулярного порядка в окрестности критических и особых точек состояния жидкости, а также развития спектроскопической методики инвазивной (бесконтактной) идентификации термодинамически устойчивых и неустойчивых состояний жидкости. Решение этой проблемы представляет важное значение для развития таких научно-прикладных направлений как создание строгой теории молекулярного рассеяния света в сильно флуктурирующих средах, теории жидкого состояния и получение материалов с контролируемыми свойствами.
Настоящая диссертация в определенной степени посвящена решению задач, указанных в Постановлении Президента Республики Узбекистан ПП-1442 «О приоритетах развития промышленности Республики Узбекистан в 2011-2015 годах» от 15 декабря 2010 года, а также в других нормативноправовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследования является установление физических механизмов проявления динамики флуктуаций параметра порядка в спектральном составе оптического излучения, рассеянного в окрестности критической и особой точки термодинамически неустойчивого состояния жидкости.
Научная новизна исследования заключается в следующих результатах:
экспериментально доказан пространственный вклад в механизм дисперсии скорости высокочастотного звука в окрестности особой точки раствора, установлено микрогетерогенное строение раствора при температурах ниже особой точки с радиусом корреляции структурной неоднородности ~10 нм;
экспериментально установлено проявление в тонкой структуре спектра процесса некогерентного рассеяния гиперзвука на флуктуациях параметра порядка. Установлено, что динамика флуктуаций параметра порядка описывается в рамках теории Ландау фазовых переходов второго рода. Обоснован механизм избыточного спектрального уширения компонент тонкой структуры в спектре рассеянного света в окрестности температуры особой точки раствора;
установлен фазовый переход «жидкость-жидкость» структурного типа в растворе при температуре ниже особой точки, показана применимость теории Ландау для описания динамики флуктуаций параметра порядка при структурном фазовом переходе;
выявлены физические механизмы сужения спектра анизотропного рассеяния света при приближении к температуре фазового перехода «изотропная жидкость - жидкий кристалл» и экспериментально доказано существование температурного интервала, в котором динамика изменения ширины спектра и времени релаксации флуктуаций параметра порядка описывается в рамках среднеполевого приближения теории Ландау - де Жена;
показано, что радиус корреляции флуктуаций параметра порядка определяет предел применимости теории Ландау - де Жена для описания динамики критических явлений в изотропной фазе жидкого кристалла, установлено существование области кроссовера от среднеполевого описания динамических свойств изотропной фазы к флуктуационному вблизи температуры фазового перехода;
экспериментально показана универсальность динамики флуктуаций параметра порядка в окрестности особой точки раствора, при фазовом переходе «жидкость-жидкость» структурного типа и при фазовом переходе «изотропная жидкость - жидкий кристалл».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Для решения поставленных задач были использованы разработанные нами экспериментальные установки и методики исследования спектров изотропного и анизотропного рассеяния света в окрестности особой точки раствора и критической точки фазового перехода в жидком кристалле. Получение достоверной информации о частотном распределении интенсивности в спектре рассеянного света обеспечивалось применением в качестве источника возбуждающего излучения стабилизированного по частоте He-Ne лазера, сферического интерферометра и высококонтрастного двухпроходного интерферометра Фабри-Перо.
2. Впервые проведено комплексное экспериментальное исследование тонкой структуры спектра рассеянного света в водных растворах неэлектролитов в широком интервале температур t и концентраций х, включая особую точку неустойчивого термодинамического равновесия. Показана однозначная корреляция между характером изменения частотного смещения компонент тонкой структуры спектра и процессом перестройки структуры растворов при изменении температуры и концентрации.
3. Экспериментально установлено существование сплошной сетки водородных связей в растворах малых концентраций и определены критерии ее трехмерной целостности и границы разрушения при изменении температуры и концентрации неэлектролита в растворе. Критерием, позволяющим идентифицировать переходы между структурно-равновесными состояниями растворов, является смена знака производной адиабатической сжимаемости по температуре dps/d^ и концентрации dPs/dx.
4. Экспериментально доказано существование в растворе с особой точкой нового физического явления - отрицательной дисперсии скорости гиперзвука, теоретически предсказанной Владимирским и Гинзбургом. По экспериментальному значению дисперсии и выводам теории Гинзбурга (учет пространственной дисперсии) оценен радиус корреляции структуры раствора, составляющий величину ~10 нанометров.
5. Показано, что избыточное спектральное уширение компонент тонкой структуры спектра вблизи температуры особой точки обусловлено дополнительным механизмом увеличения коэффициента затухания гиперзвука за счет его некогерентного рассеяния на флуктуациях параметра порядка.
6. Установлено, что динамика флуктуаций параметра порядка в окрестности температуры особой точки исследованных водных растворов описывается теорией Ландау фазовых переходов второго рода с критическим индексом обобщенной восприимчивости у=1. Показано, что непосредственной близости к температуре особой точки радиус корреляции флуктуаций £ определяется степенью удаленности состояния раствора от двойной критической точки и составляет ~2-3 нм в растворе ЗМП-вода и ~7-10 нм в растворе ацетон-вода.
7. Экспериментально доказано существование фазового перехода «жидкость-жидкость» структурного типа в растворе 4МП-вода при температурах ниже особой точки и его проявление в температурной зависимости смещения компонент тонкой структуры спектра в окрестности точки перехода. Установлено, что динамика флуктуаций параметра порядка при фазовом переходе «жидкость-жидкость» описывается в приближении теории Ландау. Вблизи температуры фазового перехода радиус корреляции флуктуаций составляет ~5 нм.
8. Установлено, что температурная динамика ширины спектра анизотропного рассеяния и времени релаксации флуктуаций параметра порядка при приближении к температуре фазового перехода «изотропная фаза - жидкий кристалл» описывается теорией Ландау - де Жена с критическим индексом обобщенной восприимчивости у=1. По величине радиуса корреляции флуктуаций параметра порядка определен критерий применимости теории для описания динамических свойств изотропной фазы.
9. Экспериментально показано, что теория Ландау - де Жена описывает динамику флуктуаций параметра порядка в температурном интервале, где радиус корреляции флуктуаций £ принимает значения 3£о<£<1О£о (^о^О-б нм -величина порядка длины молекулы). Показано, что в непосредственной близости к температуре фазового перехода, где £>1О^о, сужение спектра анизотропного рассеяния и избыточный рост времени релаксации обусловлен кроссоверным (от среднеполевого к флуктуационному) характером поведения динамических свойств изотропной фазы.
10. Закономерности изменения спектрального состава рассеянного света вблизи критической и особой точки жидкости - 1) сужение спектра деполяризованного рассеяния вблизи температуры фазового перехода в жидком кристалле, 2) избыточное спектральное уширение компонент тонкой структуры спектра в окрестности особой точки раствора, 3) сингулярность в температурной зависимости частотного смещения компонент тонкой структуры в окрестности фазового перехода «жидкость-жидкость» -обусловлены температурной динамикой радиуса корреляции флуктуаций параметра порядка, которая носит универсальный характер.

Тип источника: Авторефераты
Годы охвата с 1992
inLibrary
Google Scholar
Каталог авторефератов
Выпуск:
Отрасль знаний
CC BY f
1-75
37

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.
Поделиться
Скачать
Семенов, Д. (2023). Динамика флуктуаций параметра порядка в жидкостях и их проявление в оптических и акустических явлениях. Каталог авторефератов, 1(1), 1–75. извлечено от https://inlibrary.uz/index.php/autoabstract/article/view/48183
1
Цитаты
Crossref
Сrossref
Scopus
Scopus
Google
Google

Ключевые слова:

Функционал / дииссипатвные структуры / гидродинамические флуктуации / уравнение ланжевена / скейлинг /

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время в мире в связи с продолжающимся развитием физики фазовых переходов и кооперативных явлений в жидкостях, а также оптики сильнофлуктурирующих сред чрезвычайно актуальна проблема исследования физических процессов, протекающих в области критических и особых точек однокомпонентных жидкостей и растворов, когда начинают проявляться крупномасштабные корреляции и процессы структурного образования и распада на наноразмерных пространственных и временных масштабах. Данные исследования связаны с установлением особенностей взаимодействия коллективных степеней свободы среды (параметр порядка) с внутренними степенями свободы при фазовых переходах. Решение этой проблемы имеет важное научно-прикладное значение для практической реализации перспективных нано-технологических направлений в области современной биофизики, биохимии и биотехнологии.
Ценная информация для выявления коррелятивных свойств жидкостей на нано-масштабах может быть получена при изучении динамики изменения интегральной интенсивности, спектральной ширины и частотного смещения компонент тонкой структуры в спектре релеевского рассеяния света в окрестности критической и особой точек состояния жидкости. Исследование спектра молекулярного рассеяния света позволяет получать уникальную информацию о структуре и кинетических свойствах вещества ввиду того, что спектральный состав рассеянного света определяется динамикой флуктуаций различных термодинамических величин исследуемой среды. Однако практическая реализация такого рода исследования - весьма сложная экспериментальная задача. Вблизи критической точки регистрация тонкой структуры спектра осложняется высоким уровнем флуктуаций в среде, приводящим к сильному росту интенсивности рассеяния на частоте возбуждающего света. По этой причине до настоящего времени исследования тонкой структуры спектра рассеянного света в окрестности критических точек жидкостей весьма ограничены.
Востребованность темы диссертации обусловлена необходимостью установления закономерностей динамики флуктуационных и структурообразующих явлений на масштабах среднего молекулярного порядка в окрестности критических и особых точек состояния жидкости, а также развития спектроскопической методики инвазивной (бесконтактной) идентификации термодинамически устойчивых и неустойчивых состояний жидкости. Решение этой проблемы представляет важное значение для развития таких научно-прикладных направлений как создание строгой теории молекулярного рассеяния света в сильно флуктурирующих средах, теории жидкого состояния и получение материалов с контролируемыми свойствами.
Настоящая диссертация в определенной степени посвящена решению задач, указанных в Постановлении Президента Республики Узбекистан ПП-1442 «О приоритетах развития промышленности Республики Узбекистан в 2011-2015 годах» от 15 декабря 2010 года, а также в других нормативноправовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследования является установление физических механизмов проявления динамики флуктуаций параметра порядка в спектральном составе оптического излучения, рассеянного в окрестности критической и особой точки термодинамически неустойчивого состояния жидкости.
Научная новизна исследования заключается в следующих результатах:
экспериментально доказан пространственный вклад в механизм дисперсии скорости высокочастотного звука в окрестности особой точки раствора, установлено микрогетерогенное строение раствора при температурах ниже особой точки с радиусом корреляции структурной неоднородности ~10 нм;
экспериментально установлено проявление в тонкой структуре спектра процесса некогерентного рассеяния гиперзвука на флуктуациях параметра порядка. Установлено, что динамика флуктуаций параметра порядка описывается в рамках теории Ландау фазовых переходов второго рода. Обоснован механизм избыточного спектрального уширения компонент тонкой структуры в спектре рассеянного света в окрестности температуры особой точки раствора;
установлен фазовый переход «жидкость-жидкость» структурного типа в растворе при температуре ниже особой точки, показана применимость теории Ландау для описания динамики флуктуаций параметра порядка при структурном фазовом переходе;
выявлены физические механизмы сужения спектра анизотропного рассеяния света при приближении к температуре фазового перехода «изотропная жидкость - жидкий кристалл» и экспериментально доказано существование температурного интервала, в котором динамика изменения ширины спектра и времени релаксации флуктуаций параметра порядка описывается в рамках среднеполевого приближения теории Ландау - де Жена;
показано, что радиус корреляции флуктуаций параметра порядка определяет предел применимости теории Ландау - де Жена для описания динамики критических явлений в изотропной фазе жидкого кристалла, установлено существование области кроссовера от среднеполевого описания динамических свойств изотропной фазы к флуктуационному вблизи температуры фазового перехода;
экспериментально показана универсальность динамики флуктуаций параметра порядка в окрестности особой точки раствора, при фазовом переходе «жидкость-жидкость» структурного типа и при фазовом переходе «изотропная жидкость - жидкий кристалл».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Для решения поставленных задач были использованы разработанные нами экспериментальные установки и методики исследования спектров изотропного и анизотропного рассеяния света в окрестности особой точки раствора и критической точки фазового перехода в жидком кристалле. Получение достоверной информации о частотном распределении интенсивности в спектре рассеянного света обеспечивалось применением в качестве источника возбуждающего излучения стабилизированного по частоте He-Ne лазера, сферического интерферометра и высококонтрастного двухпроходного интерферометра Фабри-Перо.
2. Впервые проведено комплексное экспериментальное исследование тонкой структуры спектра рассеянного света в водных растворах неэлектролитов в широком интервале температур t и концентраций х, включая особую точку неустойчивого термодинамического равновесия. Показана однозначная корреляция между характером изменения частотного смещения компонент тонкой структуры спектра и процессом перестройки структуры растворов при изменении температуры и концентрации.
3. Экспериментально установлено существование сплошной сетки водородных связей в растворах малых концентраций и определены критерии ее трехмерной целостности и границы разрушения при изменении температуры и концентрации неэлектролита в растворе. Критерием, позволяющим идентифицировать переходы между структурно-равновесными состояниями растворов, является смена знака производной адиабатической сжимаемости по температуре dps/d^ и концентрации dPs/dx.
4. Экспериментально доказано существование в растворе с особой точкой нового физического явления - отрицательной дисперсии скорости гиперзвука, теоретически предсказанной Владимирским и Гинзбургом. По экспериментальному значению дисперсии и выводам теории Гинзбурга (учет пространственной дисперсии) оценен радиус корреляции структуры раствора, составляющий величину ~10 нанометров.
5. Показано, что избыточное спектральное уширение компонент тонкой структуры спектра вблизи температуры особой точки обусловлено дополнительным механизмом увеличения коэффициента затухания гиперзвука за счет его некогерентного рассеяния на флуктуациях параметра порядка.
6. Установлено, что динамика флуктуаций параметра порядка в окрестности температуры особой точки исследованных водных растворов описывается теорией Ландау фазовых переходов второго рода с критическим индексом обобщенной восприимчивости у=1. Показано, что непосредственной близости к температуре особой точки радиус корреляции флуктуаций £ определяется степенью удаленности состояния раствора от двойной критической точки и составляет ~2-3 нм в растворе ЗМП-вода и ~7-10 нм в растворе ацетон-вода.
7. Экспериментально доказано существование фазового перехода «жидкость-жидкость» структурного типа в растворе 4МП-вода при температурах ниже особой точки и его проявление в температурной зависимости смещения компонент тонкой структуры спектра в окрестности точки перехода. Установлено, что динамика флуктуаций параметра порядка при фазовом переходе «жидкость-жидкость» описывается в приближении теории Ландау. Вблизи температуры фазового перехода радиус корреляции флуктуаций составляет ~5 нм.
8. Установлено, что температурная динамика ширины спектра анизотропного рассеяния и времени релаксации флуктуаций параметра порядка при приближении к температуре фазового перехода «изотропная фаза - жидкий кристалл» описывается теорией Ландау - де Жена с критическим индексом обобщенной восприимчивости у=1. По величине радиуса корреляции флуктуаций параметра порядка определен критерий применимости теории для описания динамических свойств изотропной фазы.
9. Экспериментально показано, что теория Ландау - де Жена описывает динамику флуктуаций параметра порядка в температурном интервале, где радиус корреляции флуктуаций £ принимает значения 3£о<£<1О£о (^о^О-б нм -величина порядка длины молекулы). Показано, что в непосредственной близости к температуре фазового перехода, где £>1О^о, сужение спектра анизотропного рассеяния и избыточный рост времени релаксации обусловлен кроссоверным (от среднеполевого к флуктуационному) характером поведения динамических свойств изотропной фазы.
10. Закономерности изменения спектрального состава рассеянного света вблизи критической и особой точки жидкости - 1) сужение спектра деполяризованного рассеяния вблизи температуры фазового перехода в жидком кристалле, 2) избыточное спектральное уширение компонент тонкой структуры спектра в окрестности особой точки раствора, 3) сингулярность в температурной зависимости частотного смещения компонент тонкой структуры в окрестности фазового перехода «жидкость-жидкость» -обусловлены температурной динамикой радиуса корреляции флуктуаций параметра порядка, которая носит универсальный характер.


background image

ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ ВА САМАРҚАНД ДАВЛАТ

УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ

ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ 16.07.2013.FM/T.12.01 РАҚАМЛИ

ИЛМИЙ КЕНГАШ

САМАРҚАНД ДАВЛАТ УНИВЕРСИТЕТИ

СЕМЕНОВ ДЕНИС ИВАНОВИЧ

СУЮҚЛИКЛАРДА ТАРТИБ ПАРАМЕТРИНИНГ

ФЛУКТУАЦИЯЛАР ДИНАМИКАСИ ҲАМДА УЛАРНИНГ

ОПТИК ВА АКУСТИК ҲОДИСАЛАРДА НАМОЁН БЎЛИШИ

01.04.05 – Оптика (физика-математика фанлари)

ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ

Тошкент – 2016

УДК: 535:36.535:21.534:2


background image

Докторлик диссертацияси автореферати мундарижаси

Оглавление автореферата докторской диссертации

Content of the abstract of doctoral dissertation

Семенов Денис Иванович
Суюқликларда тартиб параметрининг флуктуациялар
динамикаси ҳамда уларнинг оптик ва акустик
ҳодисаларда намоѐн бўлиши ……….............................................................. 3

Семенов Денис Иванович
Динамика флуктуаций параметра порядка в жидкостях
и их проявление в оптических и акустических
явлениях ……………………………………………………………………... 25

Semenov Denis Ivanovich
Dynamics of order parameter fluctuations in liquids
and their manifestation in optical and acoustical
phenomena ………………………………………............................................ 49

Эълон қилинган ишлар рўйхати
Список опубликованных работ
List of published works ………………………………...…………………….. 70

2


background image

ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ ВА САМАРҚАНД ДАВЛАТ

УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ

ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ 16.07.2013.FM/T.12.01 РАҚАМЛИ

ИЛМИЙ КЕНГАШ

САМАРҚАНД ДАВЛАТ УНИВЕРСИТЕТИ

СЕМЕНОВ ДЕНИС ИВАНОВИЧ

СУЮҚЛИКЛАРДА ТАРТИБ ПАРАМЕТРИНИНГ

ФЛУКТУАЦИЯЛАР ДИНАМИКАСИ ҲАМДА УЛАРНИНГ

ОПТИК ВА АКУСТИК ҲОДИСАЛАРДА НАМОЁН БЎЛИШИ

01.04.05 – Оптика (физика-математика фанлари)

ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ

Тошкент – 2016


background image

3

Докторлик диссертацияси мавзуси Ўзбекистон Республикаси Вазирлар Маҳкамаси

ҳузуридаги Олий Аттестация комиссиясида 28.04.2016/B2016.2.FM85 рақам билан рўйхатга
олинган.

Докторлик диссертацияси Самарқанд давлат университетида бажарилган.
Диссертация автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз) Илмий кенгаш веб-саҳифаси

(www.fti-kengash.uz) манзилига ва “ZiyoNet” ахборот таълим тармоғида (www.ziyonet.uz)
жойлаштирилган.

Илмий маслаҳатчи: Сабиров Леонард Мухаммеджанович,

физика-математика фанлари доктори, профессор

Расмий оппонентлар: Коххаров Абдумуталиб Мамажонович,

физика-математика фанлари доктори

Азаматов Зокиржон Тохирович,

физика-математика фанлари доктори

Астанов Салих Хусенович,

физика-математика фанлари доктори, профессор

Отажавка

ика

фанлизика-математика фанлари доктори

Етакчи ташкилот: Ўзбекистон Миллий университети

номидаги Ўзбекистон Миллий университети

Диссертация ҳимояси Физика-техника институти, Ион-плазма ва лазер технологиялари

институти ва Самарқанд давлат университети ҳузуридаги фан доктори илмий даражасини берувчи
16.07.2013.FM/T.12.01 рақамли Илмий кенгашнинг 2016 йил «____»____________ соат ____даги
мажлисида бўлиб ўтади. (Манзил: 100084, Тошкент ш., Бодомзор йўли кўчаси, 2б-уй. Тел./факс:
(99871) 235-42-91, email: lutp@uzsci.net).

Докторлик диссертацияси билан Физика-техника институти Ахборот-ресурс марказида

танишиш мумкин ( __ рақами билан рўйхатга олинган). (Манзил: 100084, Тошкент, Бодомзор йўли
кўчаси, 2б-уй. Тел./факс: (99871) 235-30-41).

Диссертация автореферати 2016 йил «___»___________ куни тарқатилди.

(2016 йил «___»___________даги ___________ рақамли реестр баѐнномаси).

С.Л. Лутпуллаев,

фан доктори илмий даражасини берувчи

илмий кенгаш раиси, ф-м.ф.д., профессор

А.В. Каримов,

фан доктори илмий даражасини берувчи

илмий кенгаш илмий котиби, ф.-м.ф.д, профессор

И.Г. Атабаев,

фан доктори илмий даражасини берувчи


background image

илмий кенгаш ҳузуридаги илмий семинар

раиси, ф-м.ф.д., профессор

4

КИРИШ (докторлик диссертацияси аннотацияси)

Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурияти.

Бугунги кунда

суюқликларда кооператив ҳодисалар ва фазавий ўтишлар физикаси, кучли
флуктуацияланувчи муҳитлар оптикаси ривожланиши билан бир
компонентли суюқлик ва эритмаларда махсус ҳамда критик нуқталар
атрофида содир бўладиган физик ҳодисаларни тадқиқ қилиш муҳим аҳамият
касб этмоқда. Критик нуқта атрофида катта масштабли корреляциялар,
структуравий тузилмалар ҳосил бўлиши, бузилиши наноўлчамли фазовий ва
вақт масштабларида намоѐн бўлади. Мазкур тадқиқотлар фаза ўтишларда
коллектив (тартиб параметри) ва ички эркинлик даражаларининг ўзаро
таъсири хусусиятларини аниқлашга бағишланган. Ушбу муаммо ечими
ҳозирги замон биофизика, биокимѐ ва биотехнология соҳасида истиқболли
нанотехнологик йўналишларни ҳаѐтга жорий қилишда муҳим аҳамият касб
этади.

Суюқлик ҳолатининг критик ва махсус нуқталари атрофида ѐруғликнинг

Релей сочилиш спектрида нозик структура компонентларининг частотавий
силжиши, спектрал кенглиги, интеграл интесивлиги ўзгариши динамикасини
тадқиқ

қилиш

наномасштаб

ўлчамларда

суюқликлар

коррелятив

хусусиятларининг намоѐн бўлиши, ѐруғликнинг молекуляр сочилиш
спектрини тадқиқ қилиш, моддалар структураси ва кинетик хоссалари
тўғрисида муҳим илмий маълумотларга эга бўлиш имконини берди. Чунки
сочилган

ѐруғликнинг

спектрал

таркиби

текширилаѐтган

муҳит

термодинамик

катталикларининг

флуктуацияси

динамикаси

билан

аниқланади. Лекин бундай тадқиқотларни амалга ошириш мураккаб
экспериментал масала ҳисобланади. Бу жараѐнда критик нуқта яқинида
спектрнинг нозик структурасини қайд қилиш мураккаблашади, чунки
муҳитда флуктуация ортади, бу эса уйғонувчан ѐруғлик частотасида сочилиш
интенсивлигининг кучли ошишига олиб келади. Шу сабабли суюқликнинг
критик нуқтаси атрофида сочилган ѐруғлик нозик структураси спектрини
тадқиқ қилиш жуда кам ўрганилган.

Суюқлик холати критик ва махсус нуқталари атрофида ўртача молекуляр

тартиби масштабида структура ҳосил қилиш жараѐни ва

флуктуация

динамикаси конуниятларини, ҳамда суюқлик турғунмас ҳолати

ва

термодинамик турғун ҳолатини инвазив (контактсиз) таҳлил қилиш
спектроскопик

усулини

ривожлантириш

диссертация

мавзусининг

заруриятини кўрсатади. Бу усул асосида кучли флуктуацияланувчи
муҳитларда ѐруғликнинг молекуляр сочилиш, суюқ ҳолат назариялари
муамоларини ечишда муҳим илмий амалий аҳамият касб этиб ва керакли
хусусиятларга эга материалларни олиш имконини беради.


background image

Ўзбекистон Республикаси Президентининг 2010 йил 15 декабрдаги

ПҚ–1442-сон «2011–2015 йилларда Ўзбекистон Республикаси саноатини

ривож-лантиришнинг устувор йўналишлари тўғрисида»ги Қарори ҳамда

мазкур фаолиятга тегишли бошқа меъѐрий-ҳуқуқий ҳужжатларда

5

белгиланган вазифаларни амалга оширишга ушбу диссертация тадқиқоти
муайян даражада хизмат қилади.

Тадқиқотнинг республика фан ва технологиялари ривожланиши

нинг устувор йўналишларига боғлиқлиги.

Мазкур тадқиқот республика

фан ва технологиялари ривожланишининг ФII «Физика, астрономия,
энергетика ва машинасозлик» асосий устувор йўналишига мувофиқ
бажарилган.

Диссертациянинг мавзуси бўйича халқаро илмий-тадқиқотлар

шарҳи.

Суюқлик критик холати, сочилган ѐруғлик интеграл характерис

тикаларида суюқлик ҳолати критик ва махсус нуқталари атрофида юқори
частотали товуш таркалиши характерида катта масштабли корреляциялар
намоѐн бўлиши жахоннинг етакчи илмий марказлари ва олий таълим
муассасалари, жумладан University of Maryland (АҚШ), University of Silesia
(Польша), Institute of Industrial Science, University of Tokyo (Япония), Research
Institute for Solid State Physics and Optics (Венгрия), Россия фанлар
академияси Физика институти ва Санкт-Петербург давлат университети
(Россия), Киев ва Одесса миллий университетлари (Украина) ҳамда
Самарқант

давлат

университетида

(Ўзбекистон)

тадқикотлар

олиб

борилмоқда.

Жаҳон миқѐсида суюқлик термодинамик турғунмас ҳолатида махсус ва

критик нуқталари яқинида сочилган ѐруғлик спектрал таркибида намоѐн
бўладиган тартиб параметрлари флуктуацияси динамикасининг физик
механизмларини аниқлашда қатор, жумладан, қуйидаги илмий натижалар
олинган: критик нуқта яқинида ва бошқа иккинчи тур фазавий ўтишларда
суюқлик табиатининг умумий хусусиятлари экспериментал аниқланган
(University of Maryland, АҚШ); критик жараѐнларда флуктуацияларнинг
ўзаро таъсирда сезиларли роли борлиги аниқланган (Россия фанлар
академияси Физика институти, Россия); системаларнинг критик нуқталар
яқинида

физик

хусусиятларга

ноаналитик

(сингуляр)

ўзгариши

экспериментал аниқланган (Silesia университети, Польша); критик ҳодисалар
универсаллигини кузатиш шароитлари топилиб критик ҳодисаларнинг
изоморфизми фарази таклиф қилинган (Tokyo университети, Япония;
Maryland университети, АҚШ).

Бугунги кунда суюқлик ҳолати махсус нуқтаси ва иккиланган критик

нуқтаси хусусиятлари тадқиқи бўйича бир қатор, жумладан, қуйидаги
устувор йўналишларда тадқиқотлар олиб борилмоқда: махсус нуқтали
ноэликтролитлар сув эритмаларида ѐруғлик сочилиши спектри нозик
структурасини тадқиқ қилиш, нозик структура компонентлари спектрал


background image

кенглиги, эритма махсус нуқтаси яқинида юқори частотали товуш тезлиги
дисперсияси

характерини

аниқлаш,

дисперсиянинг

релаксацион

ва

норелаксацион

механизмларини

ишлаб

чиқиш

бўйича

назарий

ва

экспериментал натижалар олинган.

Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.

Суюқликлардаги критик

ҳодисалар ва фазавий ўтишларини экспериментал ўрганиш ҳозирги вақтда
долзарб физик масалаларнинг кенг соҳасини ташкил этади. Суюқлик критик

6

соҳасидаги ѐруғлик сочилиши назарияси Л.С.

.

Орнштейн ва Ф.

.

Цернике

томонидан яратилган эди. Иккинчи тур фазавий ўтишларнинг умумий ҳолати
В.Л.

.

Гинзбург ва унинг шогирдлари томонидан Л.Д.

.

Ландаунинг фазавий

ўтишлар назарияси асосида яратилган. Қатламланувчи эритмаларда критик
ҳодисалар ва фазавий ўтишлар содир бўладиган системаларнинг умумий
хусусиятларини намоѐн этади. Турли муҳитлардаги иккинчи тур фазавий
ўтишлар манзарасида кўпгина бир хиллик (критик ҳодисалар изоморфизми)
мавжуд. Шу сабабли қатламланишнинг критик нуқтаси яқинида ѐруғлик
сочилиши спектрини экспериментал тадқиқ қилиш умумий характерга эга
бўлган маълумотларни олишга имкон беради. Олинган маълумотлар турли
табиатга эга фазавий ўтишлардаги критик ҳодисаларга татбиқ қилиш ва
фазавий ўтишларнинг микроскопик назариясини яратиш учун зарур.

Россия Фанлар академиянинг мухбир аъзоси И.Л.

.

Фабелинский

раҳбарлигида

ѐпиқ

соҳали

қатламланувчи эритмаларда ѐруғликнинг

молекуляр

сочилиш

спектри

экспериментал тадқиқи кенг кўламда

ўтказилган. Бу тадқиқотларда мавжуд назариялар билан изоҳлаш мумкин
бўлмаган янги ҳодисалар, яъни қатламланишнинг юқори ва пастки критик
нуқталари температурасида яқинида гипертовушнинг кучли ютилиши (бу
М.

.

Фиксман ва К.

.

Кавасакиларнинг ўзаро таъсирланувчи модалар назарияси

ҳамда Л.

.

Каданов ва Ж.

.

Свифтларнинг динамик скейлинг назариясига мос

келмайди), пастки қатланиш критик нуқтасида товуш тезлигининг катта
дисперсияси ва унинг температурага кучли боғлиқлиги (бу натижларни
М.А.

.

Леонтовичнинг релаксацион назарияси нуқтаи назаридан изоҳлаш

мумкин эмас) экспериментал аниқланди.

Ўзбекистонлик олимлар, жумладан, академиклар П.К.

.

Ҳабибуллаев,

А.К.

.

Отахўжаев, проф. Ш.

.

Отажонов, проф. Ф.Х.

.

Тухватуллин, проф.

Л.М.

.

Сабировлар

томонидан

эритмаларнинг

оптик

ва

акустик

характеристикалари

тадқиқ

қилинган.

Тадқиқот

натижалар

асосида

молекуляр жиҳатдан бинар эритмаларда молекулалараро ўзаро таъсирланиш
ва релаксация вақтининг турли жараѐнлардаги характеристикаси аниқланган.
Самарқанд давлат университетида проф. Л.М.

.

Сабиров раҳбарлигида

суюқликларнинг махсус ва критик нуқталари яқинида флуктуацион ва
структуравий ҳодисалар экспериментал тадқиқотлари ўтказилмоқда. Бу
тадқиқотларда ѐруғликнинг изотроп ва анизотроп сочилишини ўрганишда
спектроскопия

усуллари

қўланилмоқда.

Тадқиқотлар

натижасида

тушунтириш талаб этиладиган бир қатор янги физик ҳодисалар аниқланди.


background image

Булар ичида: махсус ва критик нуқтали эритмаларда спектр нозик
структураси компонентларининг ортиқча спектрал кенгайиши; эритма
қатламланиш критик нуқтаси яқинида анизотроп сочилиш спектрининг
торайиши; махсус нуқтали эритмаларда юқори частотали товуш тезлигининг
аномал

частотавий

боғлиқлиги

(дисперсия).

Критик

суюқликларда

И.Л.

.

Фабелинский ва Л.М.

.

Сабиров раҳбарлигида олинган экспериментал

натижалар ѐруғлик молекуляр сочилишининг янги назариялари вужудга
келишига олиб келди. Суюқликларда критик ва нокритик флуктуациялари
ўзаро таъсир механизмлари И.А.

.

Чабаннинг назарий ишларида таклиф

7

этилган эди. И.Л.

.

Фабелинский ва Л.М.

.

Сабиров илмий мактаблари интенсив

экспериментал тадқиқотларининг асосий йўналиши суюқликлардаги фазавий
ўтишларда ѐруғликнинг молекуляр сочилиш спектрида намоѐн бўладиган
турли флуктуацияларнинг ўзаро таъсир механизмларини экспериментал
асослаш бўлиб келмоқда.

Диссертация мавзусининг диссертация бажарилаѐтган олий таълим

муассасасининг илмий-тадқиқот ишлари билан боғлиқлиги.

Диссертация

тадқиқоти

Самарқанд

давлат

университети

илмий-тадқиқот ишлари

режасининг Ф2–2.1.45-сон «Структуравий ва фазавий ўтишлар яқинида
тартибланиш параметрлари флуктуацияси ва термодинамик катталиклар
динамикасини суюқ кристалларда ва эритмаларда акустооптик, мажбурий ва
спонтан ѐруғлик сочилишининг лазер спектроскопияси усулида тадқиқ
этиш» (2003–2007), ОТ–Ф2–004-сон «Эритмалар ва суюқ кристаллар критик
нуқталарида флуктуациялар ўзаро таъсирлари ва уларнинг оптик ва акустик
ҳодисаларда намоѐн бўлиши» (2007–2011) мавзусидаги лойихалар доирасида
бажарилган.

Тадқиқотнинг мақсади

суюқлик термодинамик турғунмас ҳолатида

махсус ва критик нуқталари яқинида сочилган ѐруғлик спектрал таркибида
намоѐн бўладиган тартиб параметрлари флуктуацияси динамикасининг
физик механизмларини аниқлашдан иборат.

Тадқиқот вазифалари:

махсус нуқтали ноэликтролитлар сув эритмаларида ѐруғлик сочилиши

спектри нозик структурасининг концентрация, температура ва сочилиш
геометриясига боғлиқлигини аниқлаш. Махсус нуқталар яқинида нозик
структура компонентлари спектрал кенглиги ва частотавий силжиш ўзгариши
қонуниятларини аниқлаш;

ноэлектролитларнинг сувли эритмаларида «температура–концентрация»

координаталарида

структуравий

мувозанат

ҳолатларининг

мавжудлик

чегараларини топиш. Эритмадаги ноэлектролитлар концентрацияси ва
температураси ўзгарганда турли структуравий ҳолатларнинг ўтишини
ифодалаш учун параметрларни аниқлаш;

эритма махсус нуқтаси яқинида юқори частотали товуш тезлиги

дисперсияси характерини, дисперсиянинг релаксацион ва норелаксацион
механизмларини ўрганиш;


background image

ѐруғлик сочилиши спектри нозик структурасига асосан эритма махсус

нуқтасига яқинлашганда гипертовуш ютилиш механизмларини аниқлаш;
эритма махсус нуқтаси яқинида тартиб параметрлари флуктуациялари критик
динамикаси қонуниятларини ўрганиш;

Ландау

.

–

.

де Жен ўрта майдон яқинлашиш назариясини «изотроп суюқ

лик – суюқ кристалл» фазавий ўтиш температураси яқинида тартиб
параметри флуктуацияси динамикасини изоҳлаш учун қўлланишини
аниқлаш;

суюқликларда фазавий ўтишларда турли тартиб параметрлари билан

изохланувчи флуктуациялар динамикаси универсаллик характерини аниқлаш.

8

Тадқиқотнинг

объекти

сифатида

сувли

эритма

термодинамик

турғунмас ҳолат махсус нуқтаси ва суюқ кристаллда фазавий ўтишнинг
критик нуқтаси олинган.

Тадқиқотнинг предмети

суюқликнинг критик ва махсус нуқталари

яқинида флуктуацион ва структура ҳосил қилиш жараѐнлари динамикаси
ҳамда уларнинг сочилган лазер нурланиши спектрал таркибида намоѐн
бўлишидан иборат.

Тадқиқотнинг усуллари.

Диссертацияда ѐруғликнинг изотроп ва

анизотроп сочилиши лазер спектроскопияси, шунингдек, ультраакустик
фононларда

лазер

нурланиши

дифракцияси

ҳодисасига

асосланган

акустооптик спектроскопия усуллари қўлланилган. Уйғотувчи нурланиш
манбаи сифатида частота бўйича стабиллаштирилган He-Ne лазери (630 нм)
қўлланилди. Тадқиқотни ўтказишда юқори ажрата олиш кобилиятга эга
спектрал асбоблар – юқори контрастли нурни икки карра ўтказувчи ясси
Фабри–Перо

интерферометри

ва

сферик

интерферометрлардан

фойдаланилган.

Натижада

текширилаѐтган

объектларнинг

спектрал

характеристикаларини ўлчашда юқори аниқликка эришилади.

Тадқиқотнинг илмий янгилиги

қуйидагилардан иборат:

эритма махсус нуқтаси яқинида юқори частотали товуш тезлиги

дисперсияси механизмига фазавий ўтиши экспериментал исботланган ҳамда
махсус нуқтадан паст температураларда эритманинг микрогетероген
тузилиши ва эритмада структуравий биржинслимаслик корреляция радиуси
(~10 нм) аниқланган;

тартиб

параметри флуктуацияларида гипертовушнинг нокогерент

сочилиш

жараѐни

спектри

нозик

структурасида

намоѐн

бўлиши

экспериментал аниқланган. Тартиб параметри флуктуацияси динамикаси
иккинчи тур фазавий ўтишлар Ландау назарияси билан ифодаланиши
кўрсатилган. Эритманинг махсус нуқта температураси яқинида нозик
структура

компонентлари

ортиқча

спектрал

кенгайиши

механизми

асосланган;

эритма махсус нуқтадан паст температурада «суюқлик–суюқлик»

структуравий типидаги фазавий ўтиш аниқланиб структуравий фазавий
ўтишда тартиб параметри флуктуацияси динамикасини ифодалашда Ландау


background image

назариясини қўллаш мумкинлиги асосланган;

«изотроп суюқлик – суюқ кристалл» фазавий ўтиш температураси

яқинида ѐруғлик анизотроп сочилиш спектри тортиши физик механизмлари
аниқланган ҳамда спектр кенглиги ўзгариш динамикаси ва тартиб параметри
флуктуацияси релаксация вақтини маълум температуравий оралиқда Ландау

– де Жен ўрта майдон яқинлашиш назарияси билан ифодалаш мумкинлиги

тажрибада исботланган;

суюқ кристалл изотроп фазасида критик ҳодисалар динамикасини

изоҳлашда тартиб параметри флуктуацияси корреляция радиуси Ландау – де
Жен назариясининг қўлланиш чегараси, фазовий ўтиш температураси
яқинида изотроп фаза динамик хусусияти табиати коссовер характерга (ўрта
майдонда флуктуационга) эга эканлиги тасдиқланган;

9

«изотроп суюқлик – суюқ кристалл» фазавий ўтишда, «суюқлик –

суюқлик» структуравий фазавий ўтишда ва эритма махсус нуқтаси атрофида
тартиб параметри флуктацияси динамикаси универсаллиги тажрибалар
асосида аниқланган.

Тадқиқотнинг амалий натижалари

қуйидагилардан иборат:

«температура–концентрация» координаталарида ноэлектролитларнинг сувли
эритмаларининг структуравий турғун ҳолатлари диаграммаси олинган;
суюқликда юқори частотали товуш тезлиги манфий дисперсия ҳодисаси
экспериментал исботланган;

эритма махсус нуқтаси яқинида «суюқлик–суюқлик» структуравий

типдаги фазавий ўтиши аниқланган;

суюқликда уч турли типдаги фазавий ўтишлар тартиб параметрлари

флуктуациялари

динамикасини

изоҳлаш

учун

умумлашган

қабул

қилувчанликнинг критик индекслари аниқланган.

Тадқиқот натижаларининг ишончлилиги

умум қабул қилинган илмий

усулларнинг қўлланилиши, экспериментал тадқиқотларнинг

текширилган

усуллари, шунингдек, эксперимент натижаларининг юқори даражада қайта
такрорланувчанлиги билан тасдиқланади. Экспериментал натижалар ва улар
асосидаги хулосалар текширилаѐтган муаммо масаласида

Л.Д.

.

Ландау,

В.Л.

.

Гинзбург,

П.

.

де

.

Жен,

М.А.

.

Леонтович,

В.В.

.

Владимирский,

И.А.

.

Чабанларнинг назарий ишларида фараз қилинган ғояларни тасдиқлайди.

Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти.

Тадқиқот

натижаларининг илмий аҳамияти шундаки, параметрларнинг флуктуацияси
нолокал релаксацияли суюқликлар назариясига муҳим ҳисса қўшади.
Нолокал релаксация турли табиатли флуктуациялар ўзаро таъсири ҳамда
суюқликда структура мавжудлиги ва ўзгариши билан асосланади.

Тадқиқот натижаларининг амалий аҳамияти шундаки, наноўлчамли

фазо–вақт масштабли суюқ системалар коррелятив характеристикаларини
контактсиз диагностика қилишда сочилган лазер нурланиши нозик
структураси спектри қўлланилиши экспериментал асосланган. Суюқликларда
аниқланган катта масштабли корреляциялар намоѐн бўлиши қонуниятлари


background image

суюқ ҳолат назарияси ва керакли хусусиятга эга материалларни олишда
долзарб илмий-амалий изланишлар ривожланишига салмоқли ҳисса қўшади.

Тадқиқот натижаларининг жорий қилиниши.

Диссертацияда водород

боғланиш тўрига эга бўлган эритмаларнинг структуравий-мувозанат ҳолати
ва эритмаларда водород боғланиш тўри мавжуд бўлиш чегарасини аниқлаш
бўйича ишлаб чиқилган таклифлар асосида:

водород боғланиш тўрига эга бўлган эритмаларнинг аниқланган

структуравий-мувозанат ҳолатлари ва сочилган нурланишда топилган
спектрал чизиқнинг нозик структурали спектр чизиқлари параметрлари 08–
02–90252–Узб_а «Суюқлик–газ, cуюқлик–суюқлик, cуюқлик–қаттиқ жисм
чегарасида фазавий ҳолатлар оптикаси» грантида кварц глобуляр кристаллар
спектри характеристикаларининг таҳлил қилишда ишлатилган. Илмий
натижанинг қўлланиши қисқа соҳали ношаффоф оптик филтрларининг нурга
чидамлилигини ошириш имконини берди (Россия фанлар академияси

10

Умумий физика институти Тўлқин тадқиқотлари илмий марказининг 2015
йил 8 июндаги маълумотномаси);.

эритмаларда тўрсимон водород боғланишининг мавжудлик чегараларини

аниқлаш методикаси 0108U007555 «Водород боғланишнинг

сув ва

биоэритмалар хоссалари шаклланишида аҳамияти. Туз ва протеинлар
таъсирида тўрсимон водород боғланишнинг турли хоссаларини ўзгариши»
грантида махсус нуқтали эритмаларда кластерланиш жараѐнларини назарий
таҳлил қилишда ишлатилган. Илмий натижанинг қўлланиши сувли
эритмаларда фазо-вақт наноўлчамли масштабларида барқарор структуралар
олиш

муаммосини

ечиш

имконини

берган.

(Украина

миллий

университетининг 2016 йил 16 февралдаги маълумотномаси).

Тадқиқот натижаларининг апробацияси.

Диссертация натижалари

қуйидаги халқаро ва республика миқѐсидаги илмий анжуман ва симпози
умларда: 4

th

International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and

Thermodynamics (2005, Cairo, Egypt); XVI Conference on Liquid Crystals (2005,
Stare Jablonki, Poland); 16

th

Symposium on Thermophysical Properties (2006,

Boulder, USA); «Молекуляр спектроскопияси» III Халқаро анжумани (2006,
Самарқанд); International Conference on Bio-Nanotechnology (2006, Al Ain,
UAE); «Замонавий физиканинг оптик усуллари» Республика анжумани (2008,
Тошкент); «Замонавий физика ва унинг истиқболлари» Республика анжума ни
(2009, Тошкент); «Физиканинг замонавий муаммолари ва физика таъли ми»
Республика анжумани (2009, Самарқанд); «Фан ва техникада қайтмас
жараѐнлар» VII Бутунроссия анжумани (2013, Москва); «Конденсирланган
муҳитлар спектроскопиясининг долзарб муаммолари» IV Халқаро анжумани
(2013, Самарқанд); «Оптика ва Фотоника – 2013» II Халқаро анжумани (2013,
Самарқанд); «Физикавий электроника» VI Халқаро анжумани (2013, Тош
кент); 7

th

International Conference on Laser Probing (2015, East Lancing, USA)

шунингдек, СамДУ физика факультети семинарда (04.02.2016), Физика
техника институти, Ион-плазма ва лазер технологиялари институти ва


background image

СамДУ ҳузуридаги 16.07.2013.FM/T.12.01 рақамли илмий кенгашининг
илмий семинарида (30.03.2016) апробациядан ўтказилган.

Тадқиқот натижаларининг эълон қилиниши.

Диссертация мавзуси

бўйича жами 44 та илмий иш чоп этилган, жумладан, 20 та илмий мақола,
шундан 15 та нуфузли халқаро ва 5 та республика журналларда ҳамда 24 та
тезис халқаро ва республика конференциялар тўпламларида нашр этилган.

Диссертациянинг ҳажми ва тузилиши.

Диссертация таркиби кириш,

бешта боб, хулоса, фойдаланилган адабиѐтлар рўйхати, 200 саҳифали матн,
62 та расм ва 8 та жадвалдан иборат.

11

ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ

Кириш

қисмида диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати

асосланган,

тадқиқотнинг

республика

фан

ва

технологиялари

ривожланишининг устувор йўналишларига мослиги кўрсатилган, мавзу
бўйича хорижий илмий-тадқиқотлар шарҳи, муаммонинг ўрганилганлик
даражаси келтирилган, тадқиқот мақсади, вазифалари, объекти ва предмети
тавсифланган, тадқиқотнинг илмий янгилиги ва амалий натижалари баѐн
қилинган, олинган натижаларнинг назарий ва амалий аҳамияти очиб
берилган, тадқиқот натижаларининг жорий қилиниши, нашр этилган ишлар
ва диссертация тузилиши бўйича маълумотлар берилган.

Диссертациянинг биринчи боби

«Ёруғликнинг молекуляр сочилиш

спектрлари ва уларнинг суюқлик ҳолати критик ва махсус нуқтаси
тадқиқотида қўлланилиши»

деб номланиб, ушбу бобда мавжуд адабиѐтлар

шарҳи келтирилган. Ёруғлик молекуляр сочилиш спектрининг назарий ва
экспериментал тадқиқот натижалари ва суюқ ҳолати критик ҳамда махсус
нуқталарини ўрганишга бағишланган. Суюқлик критик ҳолати соҳасида
молекуляр сочилиш спектрининг ўзгариши ва бу соҳада гиперакустик
параметрларни ўлчашда Мандельштам–Бриллюэн сочилиш спектрини татбиқ
қилиш

масалалари

кўриб

чиқилган.

Ноэлектролитларнинг

сувдаги

эритмасида молекуляр флуктацион ва ўзини тартиблаш натижасида сочилган
ѐруғлик интенсивлиги ва спектрал таркиби масалаларига ҳамда «суюқлик–
суюқлик» турдаги фазавий ўтишларни аниқлаш ва ўрганишга бағишланган
адабиѐтлар таҳлили кетирилган.

Диссертациянинг иккинчи боби

«Критик ва махсус нуқта яқинида

сочилган ѐруғлик спектрал тартибини ўрганишнинг экспериментал
усули»

деб номланиб, ушбу бобда диссертацияда қўйилган масалага мос

равишда ѐруғликнинг молекуляр сочилиш спектрини тадқиқ қилиш ва


background image

регистрация

қилиш

усуллари

ѐритилган.

Маълумки,

концентрация

флуктуацияси кучли бўлган эритмаларда ѐруғликнинг Мандельштам–
Бриллюэн сочилиш спектрини тадқиқ қилишда баъзи қийинчиликлар
мавжуд. Шу сабабли бу соҳадаги тадқиқотлар жуда кам. Тартиб параметри
флуктацияси кучли суюқликларда Рэлей триплетининг марказий компоненти
интенсивлиги Мандельштам–Бриллюэн компоненти интенсивлигидан 3–4
тартибга катта. Биз ўтказган тажрибаларда фазовий ва структуравий ўтиш
температураси яқинида Мандельштам–Бриллюэн компонентини кузатиш
икки ўтишли Фабри–Перо интерферометрини қўллаш натижасида амалга
оширилди, бу қурилмада интерференцион манзара сезгирлиги тахминан 40 ва
контрастлиги ~4×10

5

га тенг.

Ишда қўлланилган қурилмалар тавсифи, Мандельштам–Бриллюэн

компонентлари ва Рэлей қаноти чизиғи спектрида қурилма берадиган
хатоликларни

ҳисоблаш

усули

келтирилган.

Тадқиқ

қилинаѐтган

суюқликлардан оптик тоза намуна тайѐрлаш усули ва техникаси баѐн
қилинган.

12

Диссертациянинг учинчи боби

«Махсус нуқтали сувли эритмаларда

температурага, концентрация ва сочилиш бурчагига боғлиқ нозик
структура спектрлари»

деб номланиб, ушбу бобда 4 метилпиридиннинг (4

МП) сувдаги эритмаларида Релей чизиғи нозик структураси спектрини
экспериментал тадқиқ қилиш натижалари келтирилган. Бу система махсус
нуқтасининг концентрацияси

х

=0,06 моль қисм (м.қ.) ва температураси

t

≈70°

С га мос келади. 12 та система ўрганилди: 11 тасининг концентрацияси 0,005
дан 0,8 м.қ. гача ўзгарган ва тоза 4 МП (

х

=1). Сочилган ѐруғлик спектри 10–

80° С температура оралиғида ва сочилиш бурчаги 90 ва 135° бўлганда қайд
этилган. Умуман, 1800 дан ортиқ спектрлар олинди. Бу эса олиниши мумкин
бўлган температура ва концентрация соҳасида Мандельштам–Бриллюэн
компонентлари частотавий силжиши

Δν

катталиги ўзгаришини кузатиш

имконини беради.


background image

Сочилиш бурчаги 90

°

1-расм. 4 МПнинг сувдаги эритмалар МБК силжишининг

концентрация–температурага боғлиқлиги.

1-расмда сочилиш бурчаги 90

°

да

Δν

(

х

,

t

) боғланишли экспериментал

натижалар келтирилган. 4 МП концентрацияси камайиши билан эритмада
ўрта концентрация соҳасида

Δν

текис ўзгармай максимум ўтади. Эритма

температураси ортиши билан

Δν

(

х

) боғланишдаги максимум камроқ намоѐн

бўлади ва унинг вазияти концентрация ўқи кичик соҳалари томон силжийди.

Δν

(

х

) боғланишдаги максимум вазияти концентрация чизиғида ѐруғлик

сочилиш бурчагига боғлиқ бўлмай, фақат эритма температураси билан
аниқланади.

13

Кичик концентрацияли эритмаларда

Δ

ν

(

х

)

боғланиш изотермаларда

қўшимча максимум кузатилади (1-расм). Бу максимум вазияти концентрация
ўқи бўйича эритма температурасига боғлиқ бўлмайди. Сочилиш бурчаги
ортиши билан максимум бироз кичик концентрациялар томон силжийди.

х

≥0,4 м.қ. концентрация соҳасида МБК силжишининг температуравий

коэффициенти манфий (

x

=const да

Δν

(

t

)

t

бўйича ҳосиласи) бўлиб эритма

концентрацияси ва температурасига боғлиқ эмас.

0,1≤

х

<0,4

м.қ.

концентрация

соҳасида

МБК

силжишининг

температуравий коэффициенти манфий бўлиб, эритма температурасига эмас,
балки унинг концентрациясига боғлиқ бўлиб қолади.

х

нинг камайиши билан

температуравий

коэффициент

камаяди

(абсолют

қиймат

бўйича).

Концентрацияси

х

<0,1

м.қ.

температуравий

коэффициент

эритма


background image

концентрациясига ҳам, температурасига ҳам боғлиқ бўлади ва МБК
силжишининг температуравий коэффициенти ишорасининг инверсияси
кузатилади.

х

камайиши билан инверсия нуқтаси юқори температуралар

соҳасига силжийди.

Тажрибаларда аниқланган МБК силжиш катталиги температура ва

концентрацияга боғлиқ равишда ўзгариш қонуниятлари 4 МП–сув
эритмаларининг термодинамик ҳолати ўзгаришини намоѐн қилади. Эритма
ҳолатининг ўзгаришини қуйидаги кўрсаткичлардан бирининг ўзгариши
билан изоҳлаш мумкин: 1) концентрация (d(

Δν

)/d

x

) бўйича МБК силжиши

ҳосиласи ишораси билан; 2) температура (d(

Δν

)/d

x

) бўйича МБК силжиши

ҳосиласи ишораси билан.

Тадқиқ қилинган эритмаларда температура ва концентрациянинг

ўзгариши билан боғлиқ ҳеч қандай кимѐвий реакциялар рўй бермайди.
Демак, эритманинг турли ҳолатлари унда содир бўладиган структуравий
ўзгаришлар билан боғлиқ. Эритманинг бир структурадан бошқасига ўтиши
(температура

ўзгармаган

ҳолда)

концентрация

ўзгариши

билан

ва

(концентрацияси ўзгармаган ҳолда) температура ўзгариши билан содир
бўлиши мумкин.

Эритмаларда мавжуд турли структура соҳалари чегарасини аниқлаш

мақсадида

суюқлик

структураси

билан

чамбарчас

боғлиқ

бўлган

термодинамик

параметр

–

адиабатик

сиқилувчанлик

ўрганилди.

Сиқилувчанлик суюқлик структураси (ички тузулиши) билан боғлиқ бўлган
катталиклардан биридир. Шу сабабли унинг хоссалари характеристикалари
(адиабатик сиқилувчанликнинг ортиқча моллиси, парциал адиабатик
сиқилувчанлиги) аниқлаш эритмалар ички тузилишини ўрганишда кенг
тарқалган усул ҳисобланади.

Ультратовуш тезлигини ўлчаш, асосан, суюқликларнинг адиабатик

сиқилувчанлигини β

S

=1/(ρ

V

2

) (ρ – зичлик,

V

– товуш тезлиги) тадқиқ қилиш

бўйича қилинган ишлар жуда кўп. Сувли эритмаларнинг юқори частоталарда
(гипертовуш) сиқилувчанлиги тўғрисида экспериментал маълумотлар йўқ.

Эритмада 4 МП концентрацияси камайиши билан β

S

катталик нотекис

(номонотон) ўзгаради ва ўртача концентрация соҳасида минимумдан ўтади

14

(

t

=const да

х

бўйича β

S

(

x

) ҳосила ишораси инверсияси). Температура ортиши

билан β

S

(

x

) боғланишдаги минимум кам намоѐн бўлиб қолади ва унинг

вазияти концентрация шкаласи бўйича кам концентрация томонга силжийди.
β

S

(

x

) боғланишнинг концентрация ўқи бўйича минимум вазияти частотага

боғлиқ бўлмайди. Ультратовуш соҳасидан гипертовуш соҳасига ўтса ҳам,
фақатгина эритма ҳарорати билан аниқланади.

Кичик концентрацияли (

х

<0,1 м.қ.) эритмаларда β

S

(

t

) содда чизиқли

боғланиш билан ифодаланмайди. Температура ортиши билан эритма
сиқилувчанлиги олдин камайиб минимумдан ўтади, кейин температура
ортиши

билан

ортиб

боради.

Сиқилувчанликнинг

температуравий


background image

коэффициенти (

х

=const да

t

бўйича β

S

(

t

) ҳосиласи) эритма концентрацияси ва

температурасига

ҳам

боғлиқ.

Сиқилувчанликнинг

температуравий

коэффициенти ишораси инверсияси ўринли бўлади ҳамда инверсия нуқтаси
(температура)

х

камайиши билан юқори температура соҳасига силжийди.

ФI: dβ

S

/d

x <

0, dβ

S

/d

t

< 0

ФII: dβ

S

/d

x

< 0, dβ

S

/d

t

> 0

ФIII: dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t >

0

ФIV: dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t

< 0

■ – dβ

S

/d

x

=0, ● – dβ

S

/d

t

=0

2-расм. 4 МП сувдаги

эритмаларида «температура–

концентрация»

координаталариниг

диаграммаси ҳолатлари (β

S

катталикнинг нисбий ўзгариш

қонунияти).

β

S

(

x

) боғланиш изотермасида кичик концентрация соҳасида қўшимча

минимум кузатилади. Ультратовуш частотасида бу концентрация соҳасида
ҳеч қандай минимум кузатилмайди.

Температура ва концентрация бўйича β

S

ҳосиласининг инверсия

ишораси нуқталарини ҳосил қилувчи чизиқлар, эритма турли ҳолатлари
орасидаги структуравий ўтишлар чизиқларини ифодалайди (2-расм). Бир
ҳолатдан иккинчи ҳолатга ўтганда эритма концентрацияси ўзгарганда
(температура ўзгармас) ҳам, эритма температураси ўзгарганда (концентрация
ўзгармас) ҳам амалга ошади.

Олинган

натижалар

асосида

«температура–концентрация»

координатасида эритма ҳолати диаграммасида система структураси билан
фарқ қилувчи тўртта соҳа (фаза) аниқланди (2-расм):

1)

t–x

соҳада dβ

S

/d

x

< 0, dβ

S

/d

t

< 0 (Ф I), эритмаларда водород боғланиш

узлуксиз тўри сақланади, тоза сув структурасига хос бўлган ва тетраэдрик
координацияли сув молекулалари ҳосил қилинган;

2)

t–x

соҳада dβ

S

/d

x

< 0, dβ

S

/d

t

> 0 (Ф II), эритмаларда водород боғланиш

тўри ўзининг уч ўлчамли бутунлигини сақлаган лекин киритилган

15

ноэлектролитлар молекулалари ва иссиқлик нуқсонлари сони
орттирилганлиги сабабли деформацияланган;

3)

t–x

соҳада dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t >

0 (Ф III), эритмада кузатиладиган бутун

ҳажмда водород боғланиш тўри мавжуд эмас (фрагментланган), эритмада
ноэлектролит концентрацияси ѐки температураси ортиши билан тўрнинг
фрагментланиш даражаси ошади;

4) 4 МПнинг эритмадаги кичик концентрациясида шундай

t–x

соҳа борки,


background image

бу ерда dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t

< 0 (Ф IV). Бу кичик температура– концентрация

оралиқда эритмада узлуксиз водород боғланиш тўри йўқ, лекин тоза сув
структурасига мос ҳолда эритма структураси локал ҳолатда ўз
хусусиятларини сақлайди.

Эритмада гипертовуш частотасида адиабатик сиқилувчанлик ҳақида

олинган натижалар маълум температура ва концентрация оралиғида тоза сув
ва сувли эритмаларда водород боғланиш узлуксиз тўрининг мавжудлигини
исботлайди.

Шунингдек,

эритмада

ноэлектролит концентрацияси ва

температураси ортиши билан бу тўрнинг деформацияланган ҳолатидан
деформацияланмаган

ҳолатга

ўтиши

(трансформацияси)

кейинчалик

бузилишига (фрагменти) олиб келади.

Махсус нуқта концентрацияси

х

=0,06 м.қ. да (термодинамик турғунмас

минимуми)

эритмадаги

гипертовуш

частотасида

сиқилувчанликнинг

қўшимча минимуми аниқланди. Ультратовуш частотасида бу минимум
кузатилмайди. Бу эса эритмада наноўлчам масштабида структура ҳосил
қилиш жараѐнлари намоѐн бўлишини кўрсатади. Эритмада структуравий
биржинслимаслик ўлчами сиқилувчанлик минимуми чуқурлиги бўйича
баҳолангани тахминан 10 нм тартибида.

Диссертациянинг тўртинчи боби

«Ноэлектролитлар сувли эритмалар

махсус нуқтаси атрофида гипертовуш тарқалиши»

деб номланиб, ушбу

бобда ноэлектролитларнинг сувдаги эритмаларида юқори частотали товуш
тезлиги

дисперсияси

тадқиқ

натижалари

келтирилган.

Гипертовуш

частоталари соҳасида дисперсия

D

мутлақо янги усулда аниқланди. Бу усул

асосида турли бурчак θ остида сочилган ѐруғликда МБКларининг частотавий
силжиши

Δν

қийматлари бўйича дисперсиясини ҳисоблаш ѐтади:

⎜

⎜

⎝

⎛−

( )

×

⎟

⎟

⎠⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

+

( )

⎟

⎟

⎠⎞

−

1

Δ
= ×

2

ν

1

θ

sin 2

1

Δ

ν

1

θ

sin 2

1

D

.

Δ

ν

2

( )

θ

sin 2

2

Δ

ν

2

( )

θ

sin 2

2

Таклиф қилинаѐтган усулнинг анъанавий усуллардан афзаллиги

шундаки, бу ерда

D

фақат МБКларининг частотавий силжиш қийматлари

бўйича ҳисобланади. Турли частоталарда ўлчанган товуш тезликларини
таққослашга нисбатан бу усулда гипертовуш тезлигининг абсолют
қийматларини ҳисоблаш учун тадқиқ қилинаѐтган суюқликнинг нур
синдириш кўрсаткичини ўлчашга зарурат қолмайди.

Товуш частотаси 4,8 ГГц дан 6,2 ГГц га ўтганда ғайритабиий физик

ҳодиса аниқланди. Унга кўра махсус нуқта атрофида эритма концентрацияси
(0,06–0,08 м.қ.) атрофида манфий дисперсия (гипертовуш частотаси ортиши

16


background image

билан унинг тезлиги камайиши) аниқланди (3-расм). Дисперсия катталиги
эритма температурасига боғлиқ бўлмайди.

Бу ҳодисанинг тўлиқ манзарасини ҳосил қилиш учун 0,06 м.қ.

концентрацияли эритма алоҳида тадқиқ этилди. Бу эритмада 5,4 МГц, 2,6
ГГц, 4,8 ГГц ва 6,2 ГГц частоталарда товуш тезлигининг температурага
боғлиқлиги ўрганилди.

5,4 МГц дан 4,8 ГГц частота оралиғида эритмада товуш тезлигининг

мусбат дисперсияси кузатилади. Релаксация назарияси асосида қилинган
таҳлиллар шуни кўрсатдики, температура 30 дан 50

°

С гача ўзгарганда

ҳажмий қовушқоқлик релаксацияси вақти τ=9,3×10

-11

секунддан τ=7,7×10

-11

секундгача ўзгаради ва мусбат дисперсия ҳажмий қовушқоқлик релаксацияси
билан изоҳланади.

5,4 МГц дан 4,8 ГГц частота оралиғида ультратовуш ва гипертовуш

тезликлари қийматлари

V

0

ва

V

∞

жараѐнлар чегаравий тезликларга яқин.

Узлуксиз чизиқ – тажриба

натижаларини мослаштириш.

Узлукли чизиқ – концентрация

x

<0,1 м.қ. соҳасидаги дисперсиянинг

доимий қийматлари.

3-расм. 4 МП-сув

эритмаларининг 20° С

температурасида

концентрацияни гипертовуш

тезлиги дисперсиясига

боғлиқлиги.

Тадқиқ қилинган эритмаларда аниқланган товуш тезлигининг манфий

дисперсияси

принципиал

аҳамиятга

эга

бўлиб,

махсус

нуқта

температурасидан пастда эритманинг микрогетероген тузилиши билан
асосланади.

Суюқликларда

манфий

дисперсиянинг

намоѐн

бўлиш

шароитлари Гинзбург ва Владимирскийларнинг назарий ишларида муҳокама
қилинган.

Бу

ишлар

хулосалари

бўйича

баҳоланган

фазовий

биржинслимаслик ўлчами тадқиқ қилинган эритмада тахминан 10–13 нм
бўлиб, эритма температурасига боғлиқ эмас. Бу эса тартибланган
флуктуацион соҳалар ҳосил бўлувчилари эмас, балки эритма ички
структураси элементидир. Демак, махсус нуқта температурасидан паст
температураларда эритмаларда умумий структурасидан фарқ қилувчи
структурали тартибланган соҳалар вужудга келади. Бошқача айтганда, махсус
нуқта эритмаларида структуравий турдаги фазавий ўтишлар мавжуд бўлиб,
ушбу фазавий ўтиш температураси махсус нуқта температураси билан мос
келади.


background image

17

Бу фаразни текшириш мақсадида суюқликларда структуравий-фазавий

ўтишларни ўрганиш учун мос келувчи усул таклиф этилди. Бу усул
ѐруғликнинг Мандельштам–Бриллюэн сочилиш спектри бўйича гипертовуш
ютилиш коэффициенти ва тезлигининг температуравий коэфициентини
ўрганиш усулидир. Тадқиқ қилишда махсус нуқтага эга бўлган эритмалар
билан биргаликда махсус нуқтага эга бўлмаган лекин кичик концентрациялар
соҳасида қатор физик параметрларнинг аномалияси (махсус чизиқли эритма)
кузатилаѐтган эритмалар ҳам ўрганилди. Диссертацияда махсус нуқтали 4
метилпиридин–сув, 3 метилпиридин–сув, ацетон–сув, шунингдек, махсус
чизиқли концентрацияси

х

=0,04 м.қ. ли учланган бутил спиртининг (УБС)

сувдаги эритмасида Мандельштам–Бриллюэн сочилиш спектри бўйича
гипертовуш

ютилиш

коэффициенти

ва

тезлигининг температуравий

боғлиқлиги тадқиқотлари келтирилган.

х

=0,04 м.қ. концентрацияли УБСнинг

сувдаги

эритмасида

концентрацион

боғланишда

ѐруғлик

сочилиши

интенсивлиги аномал максимумга мос келади. Бу максимум табиати ҳозирги
вақтда ҳам илмий адабиѐтларда тортишув мавзусига айланиб қолмоқда.

Тадқиқот натижалари шуни кўрсатдики, гипертовушнинг УБС–сув

эритмасидаги тезлиги

V

(

t

) температура коэффициенти тезлигининг

B

=d

V

/d

t

турлича бўлган иккита чизиқли соҳадан иборат бўлади. Температура бўйича
турли

В

қийматлари билан

V

(

t

) боғланишнинг ўтиши қисқа температура (43–

44° С) оралиғида бўлади

.

Бу оралиқ чегарасида гипертовуш тезлиги сакраб

ўзгариши билан намоѐн бўлади. Олдин биз гипертовуш тезлиги
температуравий коэффициентининг ўзгариши концентрацияси 0,19 м.қ.
бўлган эритмада 10° С бўлишини аниқлаган эдик (шу концетрацияга
концетрация флуктуацияси натижасида ѐруғлик сочилиш интенсивлигининг
максимуми тўғри келади). Тезлигининг температуравий коэффициенти
ўзгариши шуни кўрсатадики, битта шу система (УБСнинг сувдаги
эритмасида) d

V

/d

t

фарқ қилувчи қийматлар соҳаларида турлича ҳолат

тенгламалари билан изоҳланади.

Бу ишда УБСнинг сувдаги эритмасида концетрация флуктуацияси

корреляция (мослашув) узунлиги минимуми координаталари

t–x

, гипертовуш

d

V

/d

t

ўзгариши ва гипертовушнинг изотермадаги

V

(

x

) максимумларига мос

келиши аниқланди. Олинган натижалар адабиѐтлардаги маълумотлар билан
биргаликда назарий тахмин қилинган етиб бўлмас юқори ва пастки критик
нуқталар қатламланишининг мавжуд эканлигига мос келади. Юқори
температурали

критик

соҳадан паст температурали соҳага ўтишда

структуравий фазовий ўтиш билан содир бўлади. Олинган натижаларни
турли частоталарда гипертовуш тезлиги ва концентрация флуктуацияси
корреляция радиусининг температура–концентрация тадқиқотлари
натижалари билан солиштириб, УБСнинг сувдаги эритмаси ҳолати
диаграммасини кўрсатувчи турли структурали эритмаларнинг (температура
ва концентрация бўйича) бир-бирига ўтиш чизиғи тузилди. Ацетон–сув


background image

эритмасида (махсус нуқтанинг температура ва концентрацияси мос равишда
24° C ва 0,4 м.қ.) ультратовуш (30,3 МГц) ва гипертовуш (~2,6 ГГц)
тезликларининг температурага боғлиқлиги ҳамда

18

махсус нуқта температураси атрофида гипертовуш ютилиш коэффициенти
ўрганилди (4–5-расмлар).

Эритмаларнинг махсус нуқта температурасидан юқорида ультратовуш ва

гипертовуш тезликлари температурага чизиқли боғланган. Товуш тезлиги
дисперсияси эксперимент хатолигидан ошмайди. Ультратовуш ва гипертовуш
тезликларининг температуравий коэффициентлари бир хил. Махсус нуқтага
яқин кичик температура оралиғида гипертовуш тезлиги

температурага

(d

V

/d

t

=0) боғлиқ бўлмайди. Махсус нуқта температурасидан

пастда

гипертовуш

тезлигининг

температурага

чизиқли

боғланган

иккита

температура оралиғини ажратиш мумкин, бу оралиқда температура
коэффициентлари сезиларли фарқланади.

t

≤18° C да гипертовуш тезлиги

температура

коэффициенти

ультратовуш

тезлиги

температура

коэффициентига тахминан тенг.

Узлуксиз чизиқлар – тажриба натижаларини

мослаштириш.

4-расм. Ацетон–сув эритмаси

температурасининг ультратовуш (□)

ва гипертовуш (■) тезликларига

боғлиқлиги.

Узлуксиз чизиқ – назарий ҳисоблаш

натижалари. Узлукли чизиқ – ютилишнинг
фон (критик бўлмаган) қисми.

5-расм. Ацетон–сув эритмаси

температурасининг гипертовуш

ютилиш коэффициентига боғлиқлиги.

Эритма температурасининг ўзгариши билан гипертовуш ютилиш

коэффициенти α бир текис ўзгармайди. α(

t

) боғланишда иккита максимум

яққол кузатилади (5-расм). Биринчи максимум энсиз, интенсивлиги катта ва
бу максимум махсус нуқта температурасида жойлашган. Иккинчисининг
интенсивлиги камроқ ва кенгроқ, ушбу максимум тахминан 2° C пастроқ
температурада жойлашган.

Махсус нуқта температураси атрофида ютилишнинг ортиқча (критик)


background image

қисмининг температуравий боғлиқлиги λ эгри чизиқни эслатади, бу эса
критик нуқта яқинида товуш ютилиши классик назариясига зиддир.
Гипертовушда

частотанинг

Ωτ>>1

флуктуация

релаксация

вақтига

кўпайтмаси ва назариялар ютилишда критик улуши камайишини тахмин
қилишади, экспериментда эса ютилишнинг критик қисми ортади.

19

Диссертацияда кузатилаѐтган ортиқча ютилиш И.А.Чабан назарияси

нуқтаи назаридан ифодалашга ҳаракат қилинган (ЖЭТФ, 2005. Т.127, 2-сон,
1-бет). Бу назария асосида критик нуқта яқинида гипертовуш сўниш
коэффициентининг ортиши тартиб параметри флуктуацияларида сочилиши
эвазига ҳам содир бўлади, деган тахмин ўтади.

Ультратовуш частоталарида ютилишда бундай ҳодиса рўй бермайди,

чунки ультратовуш тўлқин узунлиги флуктуация корреляцияси радиусидан
анча катта. Назариянинг асосий моменти умумлашган қабул қилувчанлик γ
критик индекси катталигини танлаш бўлиб, у махсус нуқта атрофида ютилиш
критик қисмининг температуравий йўлини аниқлайди. Ушбу диссертация
ишида олдиндан γ катталиги тўғрисида ҳеч қандай тахмин қилинмаган эди.
Критик индекснинг ўзи экспериментал маълумотларнинг назарий формула
бўйича

ҳисобланган

эгри

чизиқдан

четлашининг

ўртача

квадрати

йиғиндисини минималлаштириш йўли билан аниқланади.

1

,

2

ва

3

-узлукли чизиқлар

Δν

(

t

)

участкаси чизиқларини кўрсатади. Узлуксиз
чизиқлар – температуралар интервалида

Δν

(

t

) ночизиқли характерга эга.

6-расм. 4 МПнинг сувдаги

эритмасининг 0,06 м.қ. да МБК

силжиши

Δν

нинг эритма

температурасига боғлиқлиги

(сочилиш бурчаги 45

°

).

■ – тажриба натижалари;
узлуксиз чизиқлар – ҳисоблаш натижалари.

7-расм. 4 МПнинг сувдаги

эритмасининг 0,06 м.қ. да адиабатик

сиқилувчанлик β

S

нинг эритма

температурасига боғлиқлиги.

γ=1да тажриба ва назариянинг бир-бирига жуда яхши мос келиши


background image

аниқланди.

Олинган

натижа

эритма

махсус

нуқтаси

атрофида

флуктуациянинг

критик

динамикаси

Ландау

назарияси

билан

ифодаланишини

кўрсатди.

Назария

махсус

нуқтадан

пастдаги

температуравий боғланиш α иккинчи максимумини ҳам тушунтиради.

Гипертовуш тезлиги ва ютилиш коэффициентининг бундай табиати биз

ўрганган 3 метилпиридин ва 4 метилпиридинларнинг сувдаги эритмаларида
махсус нуқта температураси атрофида кузатилган эди. Бу системаларда
Ландау назариясига асосан топилган критик индекс билан И.А.Чабан

20

назарияси асосида тажрибада кузатилган гипертовушнинг керагидан ортиқча
ютилиш максимумларини изоҳлаш мумкин.

Ацетон–сув ва 3 метилпиридин–сув эритмаларидан фарқли равишда 4

метилпиридин–сув эритмасида паст температурали (қўшимча) ортиқча
ютилиш максимуми кучсиз намоѐн бўлади (тажриба хатолиги чегарасида). Бу
(бошқа ўрганилган эритмаларга нисбатан) нокритик (фон) ютилиши
катталиги билан изоҳланади. Лекин 40†65° С температура оралиғида
Мандельштам–Бриллюэн компоненти силжишининг температуравий йўли
иккинчи тур фазавий ўтиш критик нуқтасига яқинлашишдаги товуш тезлиги
ўзгариши хусусиятларига мос келади (6-расм).

Температуранинг 30 дан 80° С оралиғида эритманинг адиабатик

сиқилувчанлиги β

S

тадқиқ қилинди (7-расм). 7-расмда Мандельштам–

Бриллюэн компоненти силжиш катталиклари бўйича эритманинг турли
температурасида аниқланган β

S

қийматлари келтирилган. β

S

нинг сингуляр

(критик) қисмини таҳлил қилишда бошланғич ҳолатда критик индекс
қиймати тўғрисида ҳеч қандай тахмин қилинмаган эди. Фазовий ўтиш
температураси

T

C

53†55° С оралиғида ўзгартирилиб турилди, мақсад

T

C

дан

чап ва ўнг томондан β

S

сингуляр қисми учун критик индекслари тенг бўлган

қийматларини топиш натижада:

T

C

≈ 54,5° С, γ

1

= –1,08 ± 0,07, γ

2

= –1,06 ±

0,12 қийматлари топилди. Адиабатик сиқилувчанликнинг ҳисобланган
қийматлари экспериментда олинган натижаларни яхши ифодалайди (7-расм).
Сиқилувчанликнинг 54,5° С температурага яқинлашгандаги сингулярлик
табиатини Ландау назарияси тахмин қилган иккинчи тур фазавий ўтиш
критик индекси билан мос келувчи критик индекс ифодалайди.

Гипертовуш ютилишининг иккита максимуми мавжудлиги, адиабатик

сиқилувчанлик табиати сингулярлиги ҳамда уларнинг мос равишда назарий
ифодаланиши шуни кўрсатадики, температура бўйича тақсимланган,
термодинамик стабиллиги минимум бўлган иккита ҳолат мавжуд.

Махсус нуқта температураси атрофида системанинг тартиб параметри

флуктуацияси юқорилиги билан характерланади (эритма махсус нуқта
ҳолатида концентрация флуктуацияси), яъни иккиланган критик нуқтага
(ИКН) яқинлиги натижасида. ИКНга етиб бўлмаслиги флуктуация ўлчамини
кесиб ташлайди (корреляция радиусини) ва уларнинг динамикаси Ландау
назарияси критик индекси билан ифодаланади. Паст температураларда
система термодинамик ностабил, лекин бу структуравий фазовий ўтиш


background image

натижасида рўй беради. Бу ҳолатда тартиб параметри флуктуацияси сифатида
«коваклар» (яъни структура мавжуд бўлмаган соҳалар) концентрацияси
флуктуацияси бўла олади. Коваклар концентрацияси флуктуацияси
(структуравий фазовий ўтишдаги тартиб параметри) Ландау назарияси
критик индекси орқали изоҳланади.

Диссертациянинг бешинчи боби

«Суюқ кристалларда фазавий ўтиш

температураси яқинида ѐруғликнинг анизотроп сочилиш спектрлари»

деб номланиб, ушбу бобда «изотроп суюқлик–суюқ кристалл» (ИС–СК)

фазавий ўтиш температурасига яқинлашганда суюқ кристалл изотроп фазада

қутбланмаган ѐруғлик сочилиши Релей чизиғи қаноти спектри тадқиқотлари

21

келтирилган. ИС–СК Релей чизиғи қаноти (РЧҚ) кенглигининг бурчак ва
температуравий кинетикаси тадқиқ этилган.

Олинган спектрлар таҳлили шуни кўрсатадики (изотроп фаза

томонидан), ИС–СК фазовий ўтиш температурасига яқинлашганда РЧҚ
спектри кескин сиқилади (энсизланади). Сочилиш чизиғи контури битта
Лоренциан билан ифодаланади. Кенглиги эса фазавий ўтиш температурасига
яқинлигида кучли боғлиқ бўлиб, сочилиш бурчагига боғлиқ бўлмайди.

Спектрлар юзасидан олиб борилган тадқиқотларга кўра ИС–СК

температурасига яқинлашганда қанот энсизланади. «Изотроп суюқлик–суюқ
криталл» фазавий ўтиш атрофида тартиб параметри флуктуацияси
корреляция

радиуси

ортиши

натижасида

молекуляр

ориентацион

ҳаракатчанлиги критик секинлашиши билан боғлиқ.

Узлукли чизиқ – чизиқли

ҳудудига боғлиқлиги, γ – қабул

қилувчанлик критик индекси,

Т

*

–

иккинчи тур фазавий ўтиш

температураси.

8-расм. ПААнинг изотроп

фазасида lg(η/τ) катталикнинг

lg(

T

–

T

*

) га боғлиқлиги.

Олинган РЧҚ спектрларига асосан текширилган МББА ва ПАА

намуналарда тартиб параметри флуктуациялари релаксация вақтининг τ
температуравий боғланиши аниқланди. ИС–СК ўтиш температурасига
яқинлашганда релаксация вақтининг ортиши – флуктуация корреляция
радиусининг ҳамда изотроп фаза қовушқоқлиги η нинг ортиши билан боғлиқ.

Олинган

экспериментал

натижаларнинг

таҳлили

қовушқоқлик


background image

томонидан температурага боғлиқ улушини эътиборга олмаса, қабул
қилувчанлик критик индексининг анча юқори қийматларини беради. Демак,
бу ҳодисани ифодалашда Ландау–де Жен назарияси қўлланиши чегарасини
аниқлаш имкони бўлмайди.

Суюқ кристаллар изотроп фазасида учта температуравий оралиқни

ажратиш мумкин (8-расм). Бу чегаравий оралиқларда тартиб параметри
флуктуациялари релаксация вақтлари температурага турлича боғлиқ.

Корреляция радиуси ўлчами 3ξ

0

≤

ξ

≤

10ξ

0

(ξ

0

– молекуланинг узунлиги

ўлчами чамасида) температуравий интервалда релаксация вақтининг
температуравий боғлиқлигини қабул қилувчанлик критик индекси γ=1 бўлган
Ландау – де Жен назарияси билан ифодалаш мумкин.

22

ИС–СК ўтиш температураси яқинида, ξ>10ξ

0

бўлганда, релаксация

вақтининг ортиқча (назарияга нисбатан) ортишини кузатиш мумкин. Бу эса
фазавий ўтиш яқинида изотроп фазанинг динамик параметрларининг
кроссовер (ўртача майдондан флуктуационга) табиати билан боғлиқ.

Юқори

температураларда,

ξ<3ξ

0

бўлганда,

релаксация

вақти

температуравий

боғланишининг

ўзгариши

кузатилади.

Корреляция

радиусининг камайиши натижасида молекулаларнинг катта бурчакка
ориентирланишини характерловчи релаксация вақтининг температуравий
боғлиқлиги кристалл бўлмаган суюқликлар учун хос боғланишга ўхшаш
бўлиб қолади. Бунда анизотропия флуктуацияси релаксация вақтининг
температуравий ўзгариши, асосан, муҳит қовушқоқлиги билан аниқланади.

ХУЛОСА

1. Суюқ кристалл фазавий ўтиш критик нуқтаси ва эритма махсус

нуқтаси атрофида ѐруғликнинг изотроп ва анизотроп сочилиш спектрларини
тадқиқ қилишда ўзимизда ишлаб чиқилган экспериментал қурилмалар ва
методлардан фойдаланилган. Частота бўйича стабиллаштирилган He-Ne
лазери, сферик интерферометр ва юқори контрастли икки ўтувчи Фабри–
Перо интерферометрларини қўллаш натижасида сочилган ѐруғлик спектрида
интенсивликнинг частотавий тақсимоти юзасидан ишончли маълумотлар
олинган.

2. Илк бор ноэлектролитларнинг махсус нуқтали сувли эритмаларида

сочилган ѐруғлик спектрининг нозик структураси температураси (

t

) ва

концентрация (

x

) ларнинг кенг оралиғида нотурғун термодинамик мувозанат

махсус нуқтасини эътиборга олиб комплекс экспериментал тадқиқот
ўтказилган. Температура ва концентрация ўзгарганда спектр нозик
структураси частотавий силжиши билан эритма структураси қайта ўзгариши
жараѐни ўртасида бир қийматли корреляция мавжудлиги кўрсатилган.

3. Кичик концентрацияли эритмаларда водород боғланишнинг узлуксиз

тўри мавжудлиги экспериментал аниқланган. Ноэлектролитнинг эритмада
концентрацияси ва температураси ўзгарганда тўрнинг уч ўлчамли бутунлиги


background image

ва бузилиш чегаралари мезонлари аниқланган. Температура бўйича dβ

S

/d

t

ва

концентрация бўйича dβ

S

/d

x

адиабатик сиқилувчанлик ҳосиласининг

ишораси алмашиши, эритма структуравий-мувозанатли ҳолатлари орасида
ўтишларни ифодаловчи мезон бўлиши кўрсатилган.

4. Махсус нуқтали эритмада янги физик ҳодиса – гипертовуш тезлиги

манфий дисперсияси мавжудлиги экспериментал исботланган. Суюқликларда
манфий дисперсия мавжуд бўлиши мумкинлигини назарий Владимирский ва
Гинзбург айтишган эди. Дисперсиянинг экспериментал қиймати асосида ва
Гинзбург назарияси хулосаси бўйича (фазовий дисперсияни ҳисобга олиб)
эритма структураси корреляцион радиуси ~10 нанометр қийматда бўлиши
топилган.

5. Махсус нуқта температураси яқинида нозик структура компонентлари

ортиқча спектрал кенгайиши тартиб параметри флуктуацияларида

23

нокогерент сочилиш эвазига гипертовуш сўниш коэффициенти ортиши
қўшимча механизми билан асосланган.

6. Тартиб параметрли флуктуациялар динамикаси тадқиқ этилган сувли

эритмаларнинг температурали махсус нуқтаси атрофида γ=1 критик индексли
умумлашган қабул қилувчанликка эга бўлган иккинчи тур фазавий ўтишлар
учун Ландаунинг назарияси билан изоҳланиши аниқланган. Махсус нуқта
температураси яқинида флуктуацияларнинг корреляция радиуси ξ эритма
ҳолатининг иккиланган критик нуқтадан 3

.

МП–сув эритмада ~2–3 нм,

ацетон–сув эритмада ~7–10 нм даража узоқлиги билан аниқланиши
кўрсатилган.

7.

4

.

МП–сув

эритмада

махсус

нуқта

температурасидан

пастда

структуравий типдаги «суюқлик–суюқлик» фазавий ўтиш мавжудлиги ва
унинг ўтиш нуқтаси атрофида спектрнинг нозик структураси компонентлари
силжиши температурага боғлиқлигида намоѐн бўлиши тадқиқотларда
исботланган. «Суюқлик–суюқлик» фазавий ўтишда тартиб параметри
флуктуациялари динамикаси Ландау назарияси билан ифодаланиши,
структуравий фазавий ўтиш температураси яқинида флуктуациялар
корреляция радиуси ~5 нм қийматга эга бўлиши тасдиқланган. 8. «Изотроп
суюқлик–суюқ кристалл» фазавий ўтиш температурасига яқинлашганда
анизотроп сочилиш спектри тортиш динамикаси ва тартиб параметри
флуктуацияси релаксация вақтининг ортиши - умумлашган қабул
қилувчанликнинг критик индекси γ=1 бўлган Ландау – де Жен назарияси
билан ифодаланиши аниқланган. Тартиб параметри флуктуацияси
корреляция радиуси изотроп фаза динамик хусусиятларини ифодалашда
назариянинг қўлланилиш чегараси топилган.

9. ξ флуктуация корреляция радиуси 3ξ

0

≤ξ≤10ξ

0

(ξ

0

≈

0,6 нм – молекула

узунлиги тартибидаги катталик) қийматга эга бўлганда температура
интервалида параметри тартиб флуктуацияси динамикасини Ландау – де Жен
назарияси билан изоҳлашини кўрсатилган. Фазавий ўтиш температураси


background image

яқинида (ξ

0

>

10ξ

0

) анизотроп сочилиш спектрининг торайиши ва релаксация

вақтининг ортиқча ўсишининг изотроп фазали динамик хусусиятлари
табиати кроссовер (ўрта майдонлидан флуктационга) характерли эканлиги
кўрсатилган.

10. Суюқликларнинг махсус ва критик нуқта атрофида сочилган ѐруғлик

спектрал таркиби қуйидаги қонунятлар билан аниқланган: 1) суюқ
кристаллда фазавий ўтиш температураси яқинида анизотроп сочилиш
спектрининг торайиши; 2) эритма махсус нуқтаси атрофида спектр нозик
структураси компонентларининг ортиқча спектрал кенгайиши; 3) «суюқлик–
суюқлик» фазавий ўтиш яқинида нозик структура компонентлари частотавий
силжиши температуравий боғлиқлигининг сингулярлиги – универсал
характерга эгалиги, тартиб параметри флуктуациялари корреляция радиуси
динамикаси билан изоҳланган.

24

НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО ПРИСУЖДЕНИЮ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ

ДОКТОРА НАУК 16.07.2013.FM/T.12.01при ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОМ

ИНСТИТУТЕ, ИНСТИТУТЕ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ И ЛАЗЕРНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ И САМАРКАНДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ

УНИВЕРСИТЕТЕ

САМАРКАНДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СЕМЕНОВ ДЕНИС ИВАНОВИЧ

ДИНАМИКА ФЛУКТУАЦИЙ ПАРАМЕТРА ПОРЯДКА В

ЖИДКОСТЯХ И ИХ ПРОЯВЛЕНИЕ В ОПТИЧЕСКИХ И

АКУСТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЯХ

01.04.05 – Оптика (физико-математические науки)


background image

АВТОРЕФЕРАТ ДОКТОРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ

Ташкент – 2016

25

Тема докторской диссертации зарегистрирована под номером 28.04.2016/B2016.2.FM85 в

Высшей аттестационной комиссии при Кабинете Министров Республики Узбекистан

Докторская диссертация выполнена в Самаркандском государственном университете.

Автореферат диссертации на трех языках (узбекский, русский, английский) размещен на веб
странице Научного совета по адресу www.fti-kengash.uz и Информационно-образовательном
портале «ZiyoNet» по адресу www.ziyonet.uz.

Научный консультант: Сабиров Леонард Мухаммеджанович,

доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты: Каххаров Абдумуталиб Мамаджанович,

доктор физико-математических наук

Азаматов Закиржан Тахирович,

доктор физико-математических наук

Астанов Салих Хусенович,

доктор физико-математических наук, профессор

Ведущая организация: Национальный университет Узбекистана

Защита диссертации состоится «____»_____________2016 г. в ____ часов на заседании Научного

совета 16.07.2013.FM/T.12.01 при Физико-техническом институте, Институте ионно плазменных и

лазерных технологий и Самаркандском государственном университете. (Адрес: 100084, г. Ташкент,

ул. Бодомзор йули, 2б. Тел./Факс: (+99871) 235-42-91, e-mail: lutp@uzsci.net).

С докторской диссертацией можно ознакомиться в Информационно-ресурсном центре

Физико-технического института (зарегистрирована за № __). (Адрес: 100084, Ташкент, ул.
Бодомзор йули, 2б. Тел./Факс: (+99871) 235-30-41).

Автореферат диссертации разослан «___»______________2016 г.


background image

(протокол рассылки № _____ от ______________2016 г.)

С.Л. Лутпуллаев,

председатель Научного совета по присуждению

ученой степени доктора наук, д.ф.-м.н., профессор

А.В. Каримов,

ученый секретарь Научного совета по присуждению

ученой степени доктора наук, д.ф.-м.н., профессор

И.Г. Атабаев,

председатель научного семинара при Научном совете

по присуждению ученой степени доктора наук, д.ф.-м.н., профессор

26

ВВЕДЕНИЕ (аннотация докторской диссертации)

Актуальность и востребованность темы диссертации.

В настоящее

время в мире в связи с

продолжающимся развитием физики фазовых

переходов и кооперативных явлений в жидкостях, а также оптики
сильнофлуктурирующих сред чрезвычайно актуальна проблема исследования
физических процессов, протекающих в области критических и особых точек
однокомпонентных жидкостей и растворов, когда начинают проявляться
крупномасштабные корреляции и процессы структурного образования и
распада на наноразмерных пространственных и временных масштабах.
Данные

исследования

связаны

с

установлением

особенностей

взаимодействия коллективных степеней свободы среды (параметр порядка) с
внутренними степенями свободы при фазовых переходах. Решение этой
проблемы имеет важное научно-прикладное значение для практической
реализации перспективных нано-технологических направлений в области
современной биофизики, биохимии и биотехнологии.

Ценная информация для выявления коррелятивных свойств жидкостей

на нано-масштабах может быть получена при изучении динамики изменения
интегральной интенсивности, спектральной ширины и частотного смещения
компонент тонкой структуры в спектре релеевского рассеяния света в
окрестности критической и особой точек состояния жидкости. Исследование
спектра молекулярного рассеяния света позволяет получать уникальную
информацию о структуре и кинетических свойствах вещества ввиду того, что
спектральный состав рассеянного света определяется динамикой флуктуаций


background image

различных термодинамических величин исследуемой среды. Однако
практическая реализация такого рода исследования – весьма сложная
экспериментальная задача. Вблизи критической точки регистрация тонкой
структуры спектра осложняется высоким уровнем флуктуаций в среде,
приводящим к сильному росту интенсивности рассеяния на частоте
возбуждающего света. По этой причине до настоящего времени исследования
тонкой структуры спектра рассеянного света в окрестности критических
точек жидкостей весьма ограничены.

Востребованность темы диссертации обусловлена необходимостью

установления

закономерностей

динамики

флуктуационных

и

структурообразующих явлений на масштабах среднего молекулярного
порядка в окрестности критических и особых точек состояния жидкости, а
также развития спектроскопической методики инвазивной (бесконтактной)
идентификации термодинамически устойчивых и неустойчивых состояний
жидкости. Решение этой проблемы представляет важное значение для
развития таких научно-прикладных направлений как создание строгой
теории молекулярного рассеяния света в сильно флуктурирующих средах,
теории жидкого состояния и получение материалов с контролируемыми
свойствами.

Настоящая диссертация в определенной степени посвящена решению

задач, указанных в Постановлении Президента Республики Узбекистан

27

ПП-1442 «О приоритетах развития промышленности Республики Узбекистан
в 2011-2015 годах» от 15 декабря 2010 года, а также в других нормативно
правовых документах, принятых в данной сфере.

Соответствие исследования приоритетным направлениям развития

науки и технологий Республики Узбекистан.

Исследование выполнено в

соответствии с приоритетным направлением развития науки и технологий
Республики Узбекистан: ПФИ II – «Физика, астрономия, энергетика и
машиностроение».

Обзор международных научных исследований по теме диссертации.

В ведущих мировых научно-исследовательских центрах, в том числе
University of Maryland (США), University of Silesia (Польша), Institute of
Industrial Science, University of Tokyo (Япония), Research Institute for Solid
State Physics and Optics (Венгрия), Физическом институте РАН и Санкт
Петербургском государственном университете (Россия), Национальных
университетах Киева и Одессы (Украина), а также в Самаркандском
государственном университете (Узбекистан) проводятся исследования
критического состояния жидкостей, проявления крупномасштабных
корреляций в интегральных характеристиках рассеянного света и в характере
распространения высокочастотного звука в окрестности критических и
особых точек состояния жидкости.

На мировом уровне по научному направлению диссертационного

исследования был решен ряд актуальных проблем и получены важные


background image

научные

результаты:

экспериментально

выявлены

общие

черты,

объединяющие критические точки жидкостей и другие фазовые переходы
второго рода (University of Maryland, США); установлена определяющая роль
взаимодействия

(корреляции)

флуктуаций

в

критических

явлениях

(Физический

институт

РАН,

Россия);

экспериментально

установлен

неаналитический (сингулярный) характер изменения физических свойств
систем вблизи критических точек (University of Silesia, Польша);
сформулированы

условия

наблюдения

универсальности

критических

явлений и выдвинута гипотеза изоморфизма критических явлений (University
of Tokyo, Япония; University of Maryland, США).

В настоящее время проводятся теоретические и экспериментальные

научно-исследовательские работы по изучению особой точки и двойной
критической точки состояния жидкости, в частности, по таким актуальным
направлениям как исследование тонкой структуры спектра рассеянного света
в водных растворах неэлектролитов с особой точкой, спектральной ширины
компонент тонкой структуры, установление характера дисперсии скорости
распространения высокочастотного звука в окрестности особой точки
раствора, разработка релаксационных и нерелаксационных механизмов
дисперсии.

Степень

изученности

проблемы.

В

настоящее

время

экспериментальное изучение фазовых переходов и критических явлений в
жидкостях представляет собой обширную область актуальных физических
задач. Теория светорассеяния в критической области жидкости разработана

28

Л.С.

.

Орнштейном и Ф.

.

Цернике. В общем случае фазовых переходов второго

рода такая теория разработана В.Л.

.

Гинзбургом и его учениками на основе

теории

фазовых

переходов

Л.Д.

.

Ландау. Расслаивающиеся растворы

представляют все общие свойства систем, в которых происходят фазовые
переходы и критические явления. Поскольку картина фазовых переходов
второго рода в разных средах имеет много общих черт (изоморфизм
критических явлений), экспериментальное исследование спектра рассеяния
света

вблизи критической точки расслаивания позволяет получить

информацию общего характера, т.е. пригодную для обсуждения критических
явлений при фазовых переходах вообще и необходимую при создании
микроскопической теории фазовых переходов.

Под руководством члена-корреспондента Российской академии наук

И.Л.

.

Фабелинского

проведено детальное экспериментальное изучение

спектров молекулярного рассеяния света в растворах с замкнутой областью
расслаивания. В этих работах было установлено, что при приближении к
критическим точкам наблюдаются явления, не находящие объяснения в
рамках существующих теорий. Выявленный в экспериментах сильный рост
поглощения гиперзвука вблизи температуры верхней и нижней критической
точки

расслаивания

противоречит

предсказаниям

теории

взаимодействующих мод, развитой в работах М.

.

Фиксмана и К.

.

Кавасаки, а


background image

также теории динамического скейлинга, сформулированной Л.

.

Кадановым и

Дж.

.

Свифтом. Была также установлена значительная дисперсия скорости

звука со стороны нижней критической точки и ее сильная зависимость от
температуры,

не

объясняемая

в

рамках

релаксационной

теории

М.А.

.

Леонтовича.

Ученые из Узбекистана, в частности академики П.К.

.

Хабибуллаев,

А.К.

.

Атаходжаев, проф. Ш.

.

Отажонов, проф. Ф.Х.

.

Тухватуллин, проф.

Л.М.

.

Сабиров,

проводили

исследования

оптических

и акустических

характеристик растворов. В результате исследований были установлены
особенности межмолекулярного взаимодействия в ряде бинарных систем и
характерные времена релаксации различных процессов на молекулярном
уровне. В Самаркандском государственном университете под руководством
проф. Л.М.

.

Сабирова проводятся работы по экспериментальному изучению

флуктуационных и структурообразующих явлений вблизи критических и
особых точек состояния жидкостей методами спектроскопии изотропного и
анизотропного рассеяния света. В результате этих исследований установлен
ряд новых физических явлений, требующих объяснения. Среди них –
избыточное спектральное уширение компонент тонкой структуры спектра в
окрестности критической точки расслоения и особой точки состояния
бинарных растворов, сужение спектра анизотропного рассеяния вблизи
критической

точки

расслоения

раствора,

нетривиальная

частотная

зависимость (дисперсия) скорости распространения высокочастотного звука
в

растворах

с

особой

точкой.

Полученные

под

руководством

И.Л.

.

Фабелинского

и

Л.М.

.

Сабирова

экспериментальные

результаты

стимулировали появление новых теорий, разработанных И.А.

.

Чабан с учетом

29

механизма взаимодействия критических и некритических флуктуаций в
растворах. Экспериментальное обоснование механизмов взаимодействия
различного рода флуктуаций, их проявление в спектрах молекулярного
рассеяния света, а также обобщение на широкий класс критических явлений
при фазовых переходах в жидкостях является предметом интенсивных
экспериментальных исследований научных школ И.Л.

.

Фабелинского и

Л.М..Сабирова.

Связь темы диссертации с планами научно-исследовательских

работ высшего учебного заведения, в котором выполнена дисертация.

Диссертационное

исследование

выполнено

по

плану

научно

исследовательских работ Самаркандского государственного университета в
рамках научных проектов Ф2-2.1.45 «Исследование динамики флуктуаций
параметра

порядка

и

термодинамических

величин

в

окрестности

структурных и фазовых переходов методами акустооптики и лазерной
спектроскопии спонтанного и вынужденного рассеяния света в растворах и
жидких

кристаллах»

(2003–2007

.

гг.),

ОТ-Ф2-004

«Взаимодействие

флуктуаций в критических точках растворов и жидких кристаллов и их
проявление в оптических и акустических явлениях» (2007–2011

.

гг.).


background image

Целью исследования

является установление физических механизмов

проявления динамики флуктуаций параметра порядка в спектральном составе
оптического излучения, рассеянного в окрестности критической и особой
точки термодинамически неустойчивого состояния жидкости.

З

адачи исследовани

я:

изучить тонкую структуру спектра релеевского рассеяния света в водных

растворах неэлектролитов с особой точкой в зависимости от концентрации,
температуры и геометрии рассеяния. Выявить закономерности изменения
частотного смещения и спектральной ширины компонент тонкой структуры в
окрестности особой точки исследуемых систем;

установить границы существования структурно-равновесных состояний

водных

растворов

неэлектролитов

в

координатах

«температура–

концентрация» и критерия идентификации переходов между различными
структурными состояниями при изменении температуры и концентрации
неэлектролита в растворе;

выявить характер дисперсии скорости высокочастотного звука в

окрестности особой точки раствора, релаксационные и нерелаксационные
механизмы дисперсии;

установить механизмы поглощения гиперзвука при приближении к

особой точке раствора по тонкой структуре спектра рассеянного света;
установить закономерности критической динамики флуктуаций параметра
порядка в окрестности особой точки раствора;

определить применимость среднеполевого приближения теории Ландау

– де Жена для описания динамики флуктуаций параметра порядка вблизи
температуры фазового перехода «изотропная жидкость – жидкий кристалл»;

30

установить

характер

универсальности

динамики

флуктуаций

в

жидкостях

при

фазовых

переходах,

описывающихся

различными

параметрами порядка.

В

качестве

объекта

исследования

выбраны

особая

точка

термодинамически неустойчивого состояния водного раствора и критическая
точка фазового перехода в жидком кристалле

.

Предметом исследования

является динамика флуктуационных и

структурообразующих процессов вблизи критической и особой точек
состояния жидкости и их проявление в спектральном составе рассеянного
лазерного излучения.

Методы исследования.

В диссертации использованы методы лазерной

спектроскопии изотропного и анизотропного рассеяния света и метод акусто
оптической спектроскопии, основанный на явлении дифракции лазерного
излучения на ультраакустических фононах. Высокие точности в измерении
спектральных характеристик исследованных объектов были достигнуты
путем применения в качестве источника возбуждающего излучения


background image

стабилизированного по частоте He-Ne лазера (630 нм) и спектральных
приборов высокой разрешающей способности – высококонтрастного
двухпроходного (плоский) интерферометра Фабри

–

Перо и сферического

интерферометра.

Научная новизна исследования

заключается в следующих результатах:

экспериментально доказан пространственный вклад в механизм

дисперсии скорости высокочастотного звука в окрестности особой точки
раствора,

установлено

микрогетерогенное

строение

раствора

при

температурах ниже особой точки с радиусом корреляции структурной
неоднородности ~10 нм;

экспериментально установлено проявление в тонкой структуре спектра

процесса некогерентного рассеяния гиперзвука на флуктуациях параметра
порядка. Установлено, что динамика флуктуаций параметра порядка
описывается в рамках теории Ландау фазовых переходов второго рода.
Обоснован механизм избыточного спектрального уширения компонент
тонкой структуры в спектре рассеянного света в окрестности температуры
особой точки раствора;

установлен фазовый переход «жидкость–жидкость» структурного типа в

растворе при температуре ниже особой точки, показана применимость
теории Ландау для описания динамики флуктуаций параметра порядка при
структурном фазовом переходе;

выявлены физические механизмы сужения спектра анизотропного

рассеяния света при приближении к температуре фазового перехода
«изотропная жидкость – жидкий кристалл» и экспериментально доказано
существование температурного интервала, в котором динамика изменения
ширины спектра и времени релаксации флуктуаций параметра порядка
описывается в рамках среднеполевого приближения теории Ландау – де
Жена;

31

показано, что радиус корреляции флуктуаций параметра порядка

определяет предел применимости теории Ландау – де Жена для описания
динамики критических явлений в изотропной фазе жидкого кристалла,
установлено существование области кроссовера от среднеполевого описания
динамических свойств изотропной фазы к флуктуационному вблизи
температуры фазового перехода;

экспериментально показана универсальность динамики флуктуаций

параметра порядка в окрестности особой точки раствора, при фазовом
переходе «жидкость

–

жидкость» структурного типа и при фазовом переходе

«изотропная жидкость – жидкий кристалл».

Практические результаты исследования

заключаются в следующем:

Получены диаграммы структурно-устойчивых состояний водных растворов
неэлектролитов в координатах «температура

–

концентрация».

Экспериментально доказано явление отрицательной дисперсии скорости
высокочастотного звука в жидкости.


background image

Установлен фазовый переход «жидкость

–

жидкость» структурного типа в

окрестности особой точки раствора.

Определены критические индексы обобщенной восприимчивости для

описания динамики флуктуаций параметра порядка при трех различных
типах фазовых переходов в жидкостях.

Достоверность

результатов

исследования

подтверждается

применением общепринятых научных методов, апробированных методик
экспериментального исследования, высокой степенью воспроизводимости
результатов эксперимента. Экспериментальные данные и выводы на их
основе подтверждают предсказания теоретических работ Л.Д.

.

Ландау,

В.Л.

.

Гинзбурга,

П.

.

де

.

Жена,

М.А.

.

Леонтовича,

В.В.

.

Владимирского,

И.А.

.

Чабан в рамках исследуемой проблемы.

Научная и практическая значимость результатов исследования.

Научная

значимость

результатов

диссертационного

исследования

заключается в том, что они способствуют развитию разработки теории
жидкостей с нелокальной релаксацией флуктуаций их параметров,
обусловленной взаимодействием флуктуаций различной природы, а также
наличием и изменением структуры в жидкости.

Практическая значимость результатов диссертации заключается в

экспериментальном обосновании применения тонкой структуры спектра
рассеянного

лазерного

излучения

для

бесконтактной

диагностики

коррелятивных

характеристик

жидкостей

на

наноразмерных

пространственно-временных масштабах. Установленные закономерности
проявления крупномасштабных корреляций в жидкостях служат развитию
таких актуальных научно-прикладных направлений, как создание строгой
теории жидкого состояния и получение материалов с контролируемыми
свойствами.

Внедрение результатов исследования.

В диссертации развиты подходы

по определению структурно-равновесных состояний растворов с

32

сеткой водородных связей и границ существования сплошной сетки
водородных

связей:

установленные структурно-равновесные состояния растворов с сеткой

водородных связей и выявленные спектральные линии в тонкой структуре
спектра рассеянного света использованы в гранте 08-02-90252-Узб_а «Оптика
фазовых состояний на границе „жидкость – газ‟, „жидкость – жидкость‟ и
„жидкость – твердое тело‟» при анализе спектральных

характеристик

кварцевых глобулярных кристаллов. Применение полученных результатов
позволило повысить лучевую стойкость оптических фильтров с

узкой

полосой непрозрачности (Заключение от Научного центра волновых
исследований Института общей физики Российской академии наук,
08.06.2015, Россия);

методика

установления

границ

существования сплошной сетки


background image

водородных связей в растворах использована в гранте 0108U007555 «Роль
водородных связей в формировании свойств воды и биорастворов.
Изменение свойств сетки водородных связей под влиянием солей и
протеинов» для теоретического анализа процессов кластеризации в водных
растворах

с

особой

точкой.

Применение

полученных

результатов

способствовало решению проблемы формирования структуры водных
растворов на нано-размерных пространственно временных масштабах
(Заключение от Национального университета, 16.02.2016, Украина).

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались

и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах: 4

th

International

Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics (Cairo,
Egypt, 2005); XVI Conference on Liquid Crystals (Stare Jablonki, Poland, 2005);
IV Конференция по физической электронике (Ташкент, 2005); 16

th

Symposium

on Thermophysical Properties (Boulder, USA, 2006); III Международная
конференция

по

молекулярной спектроскопии (Самарканд,

2006);

International Conference on Bio-Nanotechnology (Al Ain, UAE, 2006);
Республиканская конференция «Оптические методы в современной физике»
(Ташкент, 2008); «Современная физика и ее перспективы» (2009, Ташкент);
«Современные проблемы физики и физическое образование» (Самарканд,
2009); 7-я Всероссийская конференция «Необратимые процессы в науке и
технике» (Москва, 2013); IV Международная конференция по актуальным
проблемам спектроскопии конденсированных сред (Самарканд, 2013); II
Международная

конференция

«Оптика

.

и

.

Фотоника

.

-

.

2013»

(Самарканд,

2013); VI Международная конференция по физической электронике
(Ташкент, 2013); 7

th

International Conference on Laser Probing (East Lancing,

USA, 2015), а также на семинаре физического факультета СамГУ (04.02.2016)
и Научном семинаре при Научном совете 16.07.2013.FM/T.12.01 по
присуждению ученой степени доктора наук при Физико-техническом
институте, Институте ионно-плазменных и лазерных технологий и
Самаркандском государственном университете (30.03.2016).

Опубликованность результатов исследования.

Полученные по теме

диссертации результаты изложены в 44 научных трудах, которые полностью

33

отражают ее содержание; из них 20 научных статьей опубликованы в
журналах (15 в международных и 5 в республиканских), 24 публикации в
виде тезисов и

материалов республиканских и международных конференций.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения,

пяти глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 200 страниц
машинописного текста, 62 рисунка и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во

введении

обоснованы актуальность и востребованность темы

диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, определены


background image

объект, предмет и методы исследования, изложена научная новизна, научная
и

практическая

значимость

полученных

результатов,

обоснована

достоверность результатов, приведены краткие сведения о внедрении
результатов, апробации работы и структуре диссертации.

В первой главе диссертации

«Спектры молекулярного рассеяния

света и некоторые их применения при исследовании критических и
особых точек состояния жидкости»

приведен литературный обзор

результатов теоретических и экспериментальных исследований спектров
МРС в однокомпонентных жидкостях и растворах. Рассмотрено изменение
спектра МРС в области критического состояния жидкости и вопросы
применения спектров рассеяния Мандельштама–Бриллюэна для изучения
гиперакустических параметров жидкости. Проведен анализ имеющихся
литературных данных по вопросам изучения интенсивности и спектрального
состава

рассеянного

света

вследствие

флуктуационных

явлений

и

структурной самоорганизации молекул в водных растворах неэлектролитов, а
также проблеме существования и обнаружения фазовых переходов типа
«жидкость–жидкость».

Во

второй

главе

«Экспериментальная

методика

изучения

спектрального состава рассеянного света вблизи критической и особой
точек состояния жидкости»

описаны методы регистрации и расшифровки

спектров МРС применительно к поставленным в настоящей работе задачам.
Известно, что исследование спектров Мандельштам–Бриллюэновского
рассеяния света в жидкостях с сильно развитыми флуктуациями сопряжено с
рядом трудностей экспериментального характера. Это в основном и
обусловливает относительно малое количество исследований в этой области.
Интенсивность центральной компоненты релеевского триплета на 3-4
порядка величины превосходит интенсивность компонент Мандельштама–
Бриллюэна, если последние исследуются в жидкостях с развитыми
флуктуациями параметра порядка. В наших экспериментах наблюдение
компонент Мандельштама–Бриллюэна в непосредственной близости от
температуры фазовых и структурных переходов достигалось использованием
двухпроходного интерферометра Фабри–Перо,

позволявшего получать

остроту интерференционной картины порядка 40 и контрастность ~4×10

5

.

34

Приведены описания экспериментальных установок, использованных в

работе, методика учета формы аппаратного контура в спектрах крыла линии
Релея (КЛР) и компонент Мандельштама–Бриллюэна (КМБ). Рассмотрены
ошибки при получении спектров КМБ, связанные с конечностью апертуры
коллиматорного

объектива,

и

ошибки,

обусловленные

неточностью

выставления угла рассеяния света. Приведена методика подготовки
оптически чистых образцов исследуемых жидкостей.

В третьей главе

«Спектры тонкой структуры в водных растворах с

особой точкой в зависимости от температуры, концентрации и угла
рассеяния»

приведены результаты экспериментального изучения спектров


background image

тонкой структуры в водных растворах 4-метилпиридина (4МП). Особой точке
этой системы соответствуют концентрация

х

≈0.06 м.д. и температура

t

≈70

0

С.

Были изучены 12 систем: 11 растворов с концентрациями от 0.005 до 0.8 м.д.
и чистый 4МП (

х

=1 м.д.). Спектры рассеянного света регистрировались в

интервале температур 10†80

0

С при углах рассеяния 90 и 135

0

. В общей

сложности было зарегистрировано и обработано более 1800 спектров, что
позволило детально проследить за эволюцией величины

частотного

смещения Δν КМБ фактически во всей доступной для исследования области
температур и концентраций.

На рис.1 представлена совокупность экспериментальных данных для

зависимости Δν(

x

,

t

) при угле рассеяния 90

0

. С уменьшением концентрации

4МП в растворе Δν изменяется немонотонно, проходя через максимум в
области средних концентраций (рис.1). С увеличением температуры
растворов максимум на зависимостях Δν(

x

) становится менее выраженным, а

его положение по шкале концентраций смещается в область меньших
концентраций. Положение максимума зависимости Δν(

x

) по шкале

концентраций не зависит от угла рассеяния света, а определяется только
температурой растворов.

Для растворов малых концентраций на изотермах зависимостей Δν(

x

)

наблюдается дополнительный максимум (рис.1), положение которого по
шкале концентраций не зависит от температуры растворов. С ростом угла
рассеяния максимум немного смещается в область меньших концентраций.

В области концентраций

х

≥0.4 м.д. температурный коэффициент

смещения КМБ (производная Δν(

t

) по

t

при

x

=const) отрицателен и не зависит

от температуры и концентрации раствора.

В области 0.1≤

х

<0.4 м.д. температурный коэффициент смещения КМБ

также отрицателен и не зависит от температуры раствора, но становится
зависимым от концентрации раствора. С уменьшением

х

температурный

коэффициент уменьшается (по абсолютной величине). При концентрациях

х

<0.1 м.д. температурный коэффициент зависит как от концентрации

раствора, так и от его температуры, при этом наблюдается инверсия (смена)
знака температурного коэффициента смещения КМБ. Точка инверсии с
уменьшением

x

смещается в область более высоких температур.

Выявленные в эксперименте закономерности изменения величины

смещении КМБ с температурой и концентрацией отражают изменение

35

термодинамического

состояния

водных

растворов

4МП.

Изменение

состояния раствора можно идентифицировать по изменению одного из
следующих показателей: 1) знака производной смещения КМБ по
концентрации (d(Δν/d

x

) и 2) знака производной смещения КМБ по

температуре (d(Δν/d

t

).

В исследованных нами растворах никаких химических реакций при

изменении температуры и концентрации не происходит. Следовательно,
различные состояния растворов обусловлены происходящими в них


background image

структурными изменениями. Переход от одной структуры к другой может
осуществляться

как

при

изменении

концентрации

раствора

(при

фиксированной температуре), так и при изменении температуры раствора
(при фиксированной концентрации).

Угол рассеяния 90

0

Рис. 1. Концентрационно-температурная зависимость смещения КМБ

в водных растворах 4МП.

Для установления границ существования в растворах областей с

различной структурой (линий структурных переходов) мы изучали
адиабатическую сжимаемость растворов – один из параметров, связанных со
структурой жидкости, поэтому определение этой и производных от нее
характеристик

(избыточной

мольной

адиабатической

сжимаемости,

парциальной адиабатической сжимаемости) является распространенным
методом изучения структуры растворов.

Исследования адиабатической сжимаемости жидкостей β

S

=1/(ρ

V

2

) (ρ –

плотность,

V

– скорость звука) по измерению скорости ультразвука

достаточно многочисленны. Экспериментальные данные о сжимаемости

36

водных растворов на более высоких частотах (гиперзвук) фактически
отсутствуют.

Результаты наших исследований показывают, что с уменьшением

концентрации 4МП в растворе величина β

S

изменяется немонотонно, проходя

через минимум в области средних концентраций (инверсия знака
производной β

S

(

x

) по

х

при

t

=const). С увеличением температуры минимум на

зависимостях β

S

(

x

) становится менее выраженным, а его положение по шкале


background image

концентраций смещается в область меньших концентраций. Положение
минимума зависимости β

S

(

x

) по шкале концентраций не зависит от частоты

(длины волны) звука при переходе от ультразвука к гиперзвуку, а
определяется только температурой растворов.

ФI: dβ

S

/d

x <

0, dβ

S

/d

t

< 0

ФII: dβ

S

/d

x

< 0, dβ

S

/d

t

> 0

ФIII: dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t >

0

ФIV: dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t

< 0

■ - dβ

S

/d

x

=0, ● - dβ

S

/d

t

=0

Рис. 2. Диаграмма состояния

(относительно закономерностей

изменения величины β

S

) водных

растворов 4МП в координатах

«температура – концентрация».

В растворах малых концентраций (

х

<0.1 м.д.) β

S

(

t

) не описывается

простой линейной зависимостью. С увеличением температуры сжимаемость
раствора сначала уменьшается, проходит через минимум и затем
увеличивается

с

дальнейшим

ростом

температуры.

Температурный

коэффициент сжимаемости (производная β

S

(

t

) по

t

при

х

=const) зависит как

от концентрации раствора, так и от его температуры. При этом имеет место
инверсия знака температурного коэффициента сжимаемости, причем точка
(температура) инверсии с уменьшением

x

смещается в область более высоких

температур.

На изотермах зависимостей β

S

(

x

) в области малых концентраций

наблюдается дополнительный минимум. На ультразвуковой частоте какой
либо минимум в этой области концентраций отсутствует.

Линии, образуемые точками инверсии знаков производных β

S

по

концентрации и температуре, отражают линии структурных переходов между
различными состояниями растворов (рис.

.

2). Переход из одного состояния в

другое может осуществляться как при изменении концентрации раствора
(при фиксированной температуре), так и при изменении температуры
раствора (при фиксированной концентрации).

37

На построенной по нашим результатам диаграмме состояния растворов в

координатах «температура–концентрация» (рис.

.

2) выявлены четыре области

(фазы), характеризующиеся различной структурой системы:

1) в

t-x

-области, где dβ

S

/d

x

< 0, dβ

S

/d

t

< 0 (Ф I), в растворах сохраняется


background image

непрерывная

сетка

Н-связей,

образованных

молекулами

воды

с

тетраэдрической координацией, свойственной структуре чистой воды;

2) в

t-x

-области, где dβ

S

/d

x

< 0, dβ

S

/d

t

> 0 (Ф II), сетка водородных связей

в растворе сохраняет свою трехмерную целостность, но искажена
(деформирована)

внедренными

в нее молекулами неэлектролита и

возросшим количеством тепловых дефектов;

3) в

t-x

-области, где dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t >

0 (Ф III), сетка H-связей во всем

рассматриваемом

объеме

раствора

перестает

существовать

(фрагментирована), степень фрагментации сетки увеличивается с ростом
температуры или концентрации неэлектролита в растворе;

4) при малых концентрациях 4МП в растворе существует

t-x

-область, в

которой dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t

< 0 (Ф IV). В этом сравнительно небольшом

температурно-концентрационном интервале непрерывная сетка Н-связей в
растворе отсутствует, но структура раствора локально сохраняет свойства,
присущие структуре чистой воды.

Полученные данные об адиабатической сжимаемости растворов на

гиперзвуковой частоте доказывают существование в чистой воде и в водных
растворах непрерывной сетки водородных связей в определенном интервале
температур и концентраций, а также трансформации этой сетки из
недеформированного состояния в деформированное, с последующим ее
разрушением (фрагментации) при увеличении температуры и концентрации
неэлектролита в растворе.

При

концентрации

особой

точки

х

=0.06

м.д.

(минимум

термодинамической стабильности) в растворе экспериментально обнаружен
дополнительный минимум сжимаемости на частоте гиперзвука. На
ультразвуковой частоте минимума не наблюдается, что указывает на
проявление в растворе процессов структурообразования на наноразмерных
масштабах (для ультразвука из-за относительно большой длины волны среда
является сплошной). Характерный масштаб структурной неоднородности
раствора, оцененный по глубине минимума сжимаемости, составляет
величину порядка 10 нм.

В четвертой главе

«Распространение гиперзвука в водных растворах

неэлектролитов в окрестности особой точки»

приведены результаты

исследования акустических характеристик водных растворов на частоте
гиперзвука по спектрам тонкой структуры. Значения дисперсии скорости
звука

D

в растворах 4МП–вода были определены новым методом, в основе

которого лежит расчет дисперсии непосредственно по значениям частотного
смещения КМБ

Δν

, зарегистрированных при различных углах рассеяния

света θ:

38

⎜

⎜

⎝

⎛−

( )

×

⎟

⎟

⎠⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

+

( )

⎟

⎟

⎠⎞

−

1

Δ

= ×

2


background image

ν

1

θ

sin 2

1

Δ

ν

1

θ

sin 2

1

D

.

Δ

ν

2

( )

θ

sin 2

2

Δ

ν

2

( )

θ

sin 2

2

Преимущество этого метода перед традиционным сопоставлением

скоростей звука на различных частотах заключается в том, что величина

D

может быть рассчитана только по значениям частотного смещения КМБ.
Соответственно исчезает необходимость расчетов абсолютных значений
скорости гиперзвука, требующих измерения показателя преломления

n

исследуемой жидкости.

При переходе от частоты звука ~4.8 ГГц к частоте ~6.2 ГГц обнаружено

необычное физическое явление – отрицательная дисперсия (уменьшение
скорости гиперзвука с ростом его частоты) в узком интервале концентраций
растворов (0.06†0.08 м.д.) в окрестности особой точки (рис.

.

3). Величина

дисперсии практически не зависит от температуры раствора.

Сплошная линия – сглаживание

экспериментальных данных,

пунктирная – регулярные значения

дисперсии в области концентраций

x

<0.1 м.д.

Рис. 3. Концентрационная зави

симость дисперсии скорости ги

перзвука в водных растворах

4МП при температуре 20

0

С.

Для выявления полной картины дисперсии раствор с концентрацией

х

=0.06

.

м.д. исследовали отдельно и подробно изучили температурные

зависимости скорости звука на частотах 5.4

.

МГц, 2.6 ГГц, 4.8 ГГц и 6.2 ГГц.

В диапазоне частот 5.4

.

МГц

.

–

.

4.8

.

ГГц в растворе наблюдается

положительная дисперсия скорости звука. Анализ с позиций релаксационной
теории показывает, что положительная дисперсия обусловлена процессом
релаксации объемной вязкости, характерное время которого меняется от
τ=9.3×10

-11

с до τ=7.7×10

-11

с при изменении температуры от 30 до 50

0

С.

Величины скорости ультразвука и гиперзвука на частотах 5.4

.

МГц и

4.8

.

ГГц близки к предельным скоростям данного процесса

V

0

и

V

∞

.

Экспериментальное обнаружение отрицательной дисперсии скорости звука в
исследованных нами растворах имеет принципиальное значение и может
быть объяснено микрогетерогенным строением раствора ниже температуры


background image

особой точки. Условия проявления отрицательной дисперсии в жидкостях
обсуждались в теоретических работах Гинзбурга и Владимирского.
Оцененный по выводам их работ характерный размер

39

пространственной

неоднородности

в

исследованном

нами

растворе

составляет величину порядка 10-13 нм и практически не зависит от
температуры раствора. Последнее свидетельствует о том, что упорядоченные
области не являются флуктуационно возникающими образованиями, а
представляют собой элемент внутренней структуры раствора. Следовательно,
в растворах при температурах ниже температуры особой точки образуются
упорядоченные области со структурой, в целом отличной от структуры
раствора. Другими словами, в растворах с особой точкой должен быть
фазовый переход типа структурного, температура которого совпадает с
температурой особой точки.

Для проверки этого предположения мы использовали адекватный метод

обнаружения и изучения структурных фазовых переходов в жидкости. Таким
методом

служит

изучение

температурных

коэффициентов

скорости

гиперзвука и коэффициента поглощения гиперзвука по спектрам рассеяния
Мандельштама–Бриллюэна. При этом были изучены как растворы с особой
точкой, так и растворы, в которых особая точка отсутствует, но наблюдается
ряд аномалий поведения физических параметров в области малых
концентраций (раствор с особой линией). Были исследованы температурные
зависимости скорости и коэффициента поглощения гиперзвука по спектрам
рассеяния Мандельштама–Бриллюэна в растворах с особой точкой (4-метил
пиридин–вода, 3-метилпиридин–вода и ацетон–вода), а также в растворе с
особой линией – водный раствор третичного бутилового спирта (ТБС) при
концентрации

х

=0.04 м.д. Эта концентрация соответствует так называемому

аномальному максимуму на концентрационной зависимости интенсивности
светорассеяния водных растворов ТБС, природа которого по настоящее время
является предметом дискуссии в научной литературе.

Наши эксперименты показали, что температурная зависимость скорости

гиперзвука

V

(

t

) в растворе ТБС–вода описывается двумя линейными

участками с различными значениями температурного коэффициента скорости

B

=d

V

/d

t.

Переход по температуре между зависимостями

V

(

t

) с

разными

значениями

B

происходит в узком (~43-44

0

С) интервале температур

и

сопровождается скачкообразным изменением скорости гиперзвука на
границах этого интервала. Ранее нами было обнаружено изменение
температурного коэффициента скорости гиперзвука при ~10

0

С в растворе с

концентрацией 0.19 м.д., на которую приходится максимум интенсивности
светорассеяния

вследствие

флуктуаций

концентрации.

Изменение

температурного коэффициента скорости гиперзвука указывает на то, что одна
и та же система (водный раствор ТБС) описывается различными
уравнениями состояния в областях с различающимися значениями d

V

/d

t

.

В настоящей работе установлено, что для водных растворов ТБС

t

-

x


background image

координаты минимумов длины корреляции флуктуаций концентрации,
изменений d

V

/d

t

гиперзвука и максимумов на изотермах

V

(

x

) гиперзвука

совпадают. Наши результаты в сочетании с литературными данными
согласуются

с

теоретическими

представлениями

о

существовании

недостижимых верхней и нижней критических точек расслаивания. Переход

40

от высокотемпературной предкритической области к низкотемпературной

сопровождается структурным фазовым переходом. Из сопоставления наших
результатов с данными температурно-концентрационных исследований
радиуса корреляции флуктуаций концентрации и скорости гиперзвука на
разных частотах была построена диаграмма состояния водных растворах ТБС
– линии переходов (по температуре и концентрации) между растворами с
различной структурой.

В растворе ацетон–вода (температура и концентрация особой точки

соответственно 0.4 м.д. и ~24

0

C) были изучены температурные зависимости

скорости ультразвука (30.3 МГц) и гиперзвука (частота ~2.6 ГГц), а также
коэффициент поглощения гиперзвука в окрестности температуры особой
точки (рис. 4 и 5).

Сплошные линии – сглаживание экс

периментальных данных.

Рис. 4. Температурная зависимость

скорости ультразвука (□) и гиперзвука

(■) в растворе ацетон

–

вода.

Сплошные линии – теоретический расчет,

пунктирная

линия

–

фоновая

(некритическая) часть поглощения.

Рис. 5. Температурная зависимость

коэффициента поглощения гиперзвука

в растворе ацетон

–

вода.

При температурах выше ОТ в растворе скорости ультразвука и

гиперзвука линейно зависят от температуры. Дисперсия скорости звука не
превосходит экспериментальной ошибки. Температурные коэффициенты
(d

V

/d

t

) скорости ультразвука и гиперзвука одинаковы. В небольшом

температурном интервале вблизи ОТ скорость гиперзвука не зависит от
температуры (d

V

/d

t

=0). При температурах ниже ОТ можно выделить два

температурных интервала, в которых скорость гиперзвука линейно зависит от


background image

температуры,

но

с

существенно

различающимися

температурными

коэффициентами. Температурный коэффициент скорости гиперзвука при

t

≤18

0

C приблизительно равен температурному коэффициенту скорости

ультразвука.

С изменением температуры раствора коэффициент поглощения

гиперзвука α изменяется немонотонно, на зависимости α(

t

) отчетливо

41

наблюдаются два максимума (рис. 5). Первый, сравнительно интенсивный и
узкий максимум расположен при температуре особой точки. Второй, менее
интенсивный и более широкий максимум наблюдается при температуре
приблизительно на 2

.

0

С ниже.

Температурная

зависимость

избыточной

части

поглощения

в

окрестности температуры ОТ напоминает λ-кривую, что противоречит
классическим теориям поглощения звука вблизи критической точки. В случае
гиперзвука произведение частоты на время релаксации флуктуаций Ωτ>>1 и
теории предсказывают уменьшение критического вклада в поглощение, а в
эксперименте критическая часть поглощения растет.

В настоящей работе проанализировано наблюдаемое в эксперименте

избыточное поглощение с точки зрения современной теории И.А.

.

Чабан

(ЖЭТФ, 2005, т.127, №2, с.1). В основе этой теории лежит предположение о
том, что в окрестности критической точки рост коэффициента затухания
гиперзвука происходит также и за счет его рассеяния на флуктуациях
параметра порядка.

На ультразвуковых частотах такой вклад в поглощение отсутствует из-за

того, что длина волны ультразвука намного превосходит радиус корреляции
флуктуаций. Принципиальным моментом теории является выбор величины
критического индекса обобщенной восприимчивости γ, определяющего
температурный ход критической части поглощения в окрестности ОТ. В
нашем исследовании никаких изначальных предположений о величине γ мы
не делали, а сам критический индекс определяли путем минимизации суммы
средних квадратов отклонений экспериментальных данных от кривой,
рассчитанной по формулам теории.

Наилучшее согласие эксперимента и теории установлено при γ=1.

Полученный результат показывает, что критическая динамика флуктуаций в
окрестности ОТ раствора описывается в рамках теории Ландау, которая
хорошо описывает и второй максимум на температурной зависимости α ниже
ОТ.

Отметим, что аналогичное поведение скорости и коэффициента

поглощения гиперзвука наблюдалось и в изученных нами водных растворах
3-метилпиридина и 4-метилпиридина в окрестности температуры особой
точки. В этих системах теория И.А. Чабан с критическим индексом,
следующим из теории Ландау, хорошо описывает наблюдаемые в
эксперименте максимумы избыточного поглощения гиперзвука.


background image

В

отличие

от

растворов

ацетон–вода

и

3-метилпиридин–вода

дополнительный (низкотемпературный) максимум поглощения в растворе
4-метилпиридин–вода выражен слабо (в пределах ошибок эксперимента), что
вполне объяснимо сравнительно большим некритическим (фоновым)
поглощением (по сравнению с другими изученными растворами). Однако
температурный ход смещения КМБ в температурном интервале 40†65

0

С

тождествен особенностям изменения скорости звука при приближении к
критической точке фазового перехода второго рода (рис. 6).

42

Мы изучили адиабатическую сжимаемость β

S

раствора в интервале

температур ~30 – ~80

0

С. На рис. 7 приведены значения β

S

при различных

температурах раствора, определенные по величинам смещения КМБ. При
анализе сингулярных (критических) частей β

S

изначально не делалось

никаких предположений о величине критического индекса γ. Температура
фазового перехода

T

C

варьировалась в пределах 53†55

0

С для выявления

такого значения, при котором критические индексы становятся равными для
сингулярных частей β

S

слева и справа от

T

C

.

Пунктирные линии (

1

,

2

и

3

) – линейные

участки

Δν

(

t

), сплошные линии – температур

ные интервалы, где

Δν

(

t

) носит нелинейный

характер.

Рис. 6. Температурная зависимость

смещения КМБ

Δν

в растворе

4МП– вода с концентрацией 0.06

м.д. (угол рассеяния 45

0

).

■ – экспериментальные данные,
сплошные линии – результаты расчетов.

Рис. 7. Зависимость адиабатической

сжимаемости β

S

от температуры в

растворе 4МП–вода (

х

=0.06 м.д.).

В результате были получены значения:

T

С

.

≈

.

54.5

.

0

С, γ

1

.

=

.

-

.

1.08

.

±

.

0.07,

γ

2

.

=

.

-

.

1.06

.

±

.

0.12. Рассчитанные значения адиабатической сжимаемости

хорошо описывают полученные в эксперименте результаты (рис.

.

7).

Сингулярность поведения сжимаемости при приближении к температуре


background image

~54.5

.

0

С

описывается

критическим

индексом,

совпадающим

с

предсказываемым теорией Ландау для фазовых переходов второго рода.

Наличие двух максимумов поглощения гиперзвука, сингулярности

поведения адиабатической сжимаемости, а также согласованное их описание
в рамках теории указывает на существование в изученных растворах двух
различных состояний с минимумом термодинамической стабильности,
разнесенных по температуре.

В окрестности температуры ОТ система характеризуется достаточно

высоким уровнем флуктуаций параметра порядка (флуктуаций концентрации
в случае ОТ раствора) из-за наибольшей близости к ДКТ. Недостижимость
ДКТ «обрезает» радиус корреляции флуктуаций и их динамика описывается
критическим индексом теории Ландау. При меньшей температуре система

43

также термодинамически нестабильна, но уже, по-видимому, вследствие
структурного фазового перехода. Флуктуациями параметра порядка в этом
случае являются флуктуации концентрации «дырок» (т.е. областей, в которых
структура

отсутствует).

Динамика

флуктуаций

концентрации дырок

(параметра порядка при структурном фазовом переходе) также описывается
критическим индексом теории Ландау.

В пятой главе

«Спектры анизотропного рассеяния лазерного

излучения

вблизи

температуры

фазового

перехода

в

жидких

кристаллах»

приведены результаты исследования спектров крыла линии

Релея в изотропной фазе жидких кристаллов при приближении к температуре
фазового перехода «изотропная жидкость – жидкий кристалл» (ИЖ–ЖК).
Была исследована угловая и температурная кинетика ширины крыла линии
Релея (КЛР).

Анализ полученных спектров показывает резкое сужение спектра КЛР

при приближении к температуре перехода ИЖ–ЖК. Контур линии рассеяния
описывается одним лоренцианом, ширина которого сильно зависит от
близости к температуре перехода и не зависит от угла рассеяния света.

Пунктирная линия – линейный

участок зависимости, γ –

критический индекс восприимчи

вости,

T

*

– температура фазового

перехода второго рода.

Рис. 8. Зависимость величины
lg(η/τ) от lg(

T

-

T

*

) в изотропной

фазе ПАА.


background image

Сужение крыла при приближении к температуре ИЖ–ЖК обусловлено

критическим замедлением ориентационной подвижности молекул из-за роста
радиуса корреляции флуктуаций параметра порядка в окрестности фазового
перехода ИЖ–ЖК.

По полученным спектрам КЛР определены температурные зависимости

времени релаксации флуктуаций параметра порядка τ в исследованных
образцах МББА и ПАА. Показано, что при приближении к температуре
перехода ИЖ–ЖК увеличение времени релаксации обусловлено как ростом
радиуса корреляции флуктуаций, так и ростом вязкости η изотропной фазы.

Анализ

полученных

экспериментальных

результатов

без

учета

температурно-зависящего вклада со стороны вязкости дает завышенные
значения критического индекса восприимчивости и, следовательно, не

44

позволяет достоверно определить пределы применимости теории Ландау–
де

.

Жена для описания явления.

В изотропной фазе жидких кристаллов можно выделить три

температурных интервала, в пределах которых времена релаксации
флуктуаций параметра порядка по-разному зависят от температуры (рис. 8).

В области температур при размере радиуса корреляции 3ξ

0

≤

ξ

≤

10ξ

0

(ξ

0

≈0.6

.

нм – величина порядка длины молекулы) температурная зависимость

времени релаксации описывается в рамках теории Ландау–де

.

Жена с

критическим индексом восприимчивости γ=1.

Вблизи температуры ИЖ–ЖК перехода, где ξ>10ξ

0

, наблюдается

«избыточный» (по сравнению с предсказываемым теорией) рост времени
релаксации, обусловленный кроссоверным характером (от среднеполевого к
флуктуационному)

характером

поведения

динамических

параметров

изотропной фазы вблизи фазового перехода.

В области высоких температур, где ξ<3ξ

0

, также наблюдается изменение

характера температурной зависимости времени релаксации. Уменьшение
радиуса корреляции приводит к тому, что температурная зависимость
времени релаксации переориентации молекул на большие углы становится
похожей на зависимость, характерную для некритических жидкостей, при
которой изменение времени релаксации флуктуаций анизотропии с
температурой определяется, в основном, изменением вязкости среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Для решения поставленных задач были использованы разработанные

нами экспериментальные установки и методики исследования спектров


background image

изотропного и анизотропного рассеяния света в окрестности особой точки
раствора и критической точки фазового перехода в жидком кристалле.
Получение

достоверной

информации

о

частотном

распределении

интенсивности в спектре рассеянного света обеспечивалось применением в
качестве источника возбуждающего излучения стабилизированного по
частоте Не-Nе лазера, сферического интерферометра и высококонтрастного
двухпроходного интерферометра Фабри–Перо.

2. Впервые проведено комплексное экспериментальное исследование

тонкой структуры спектра рассеянного света в водных растворах
неэлектролитов в широком интервале температур

t

и концентраций

x

,

включая особую точку неустойчивого термодинамического равновесия.
Показана однозначная корреляция между характером изменения частотного
смещения компонент тонкой структуры спектра и процессом перестройки
структуры растворов при изменении температуры и концентрации.

3. Экспериментально установлено существование сплошной сетки

водородных связей в растворах малых концентраций и определены критерии
ее трехмерной целостности и границы разрушения при изменении
температуры и концентрации неэлектролита в растворе. Критерием,
позволяющим идентифицировать переходы между структурно-равновесными

45

состояниями растворов, является смена знака производной адиабатической
сжимаемости по температуре dβ

S

/d

t

и концентрации dβ

S

/d

x

. 4.

Экспериментально доказано существование в растворе с особой точкой
нового физического явления – отрицательной дисперсии скорости
гиперзвука, теоретически предсказанной Владимирским и Гинзбургом. По
экспериментальному значению дисперсии и выводам теории Гинзбурга (учет
пространственной дисперсии) оценен радиус корреляции структуры
раствора, составляющий величину ~10 нанометров.

5. Показано, что избыточное спектральное уширение компонент тонкой

структуры спектра вблизи температуры особой точки обусловлено
дополнительным

механизмом

увеличения

коэффициента

затухания

гиперзвука за счет его некогерентного рассеяния на флуктуациях параметра
порядка.

6. Установлено, что динамика флуктуаций параметра порядка в

окрестности температуры особой точки исследованных водных растворов
описывается теорией Ландау фазовых переходов второго рода с критическим
индексом

обобщенной

восприимчивости

γ=1.

Показано,

что

непосредственной близости к температуре особой точки радиус корреляции
флуктуаций ξ определяется степенью удаленности состояния раствора от
двойной критической точки и составляет ~2-3 нм в растворе 3МП–вода и ~7-
10 нм в растворе ацетон–вода.

7. Экспериментально доказано существование фазового перехода

«жидкость–жидкость» структурного типа в растворе 4МП–вода при
температурах ниже особой точки и его проявление в температурной


background image

зависимости смещения компонент тонкой структуры спектра в окрестности
точки перехода. Установлено, что динамика флуктуаций параметра порядка
при фазовом переходе «жидкость–жидкость» описывается в приближении
теории Ландау. Вблизи температуры фазового перехода радиус корреляции
флуктуаций составляет ~5 нм.

8.

Установлено,

что

температурная

динамика

ширины

спектра

анизотропного рассеяния и времени релаксации флуктуаций параметра
порядка при приближении к температуре фазового перехода «изотропная
фаза – жидкий кристалл» описывается теорией Ландау

.

–

.

де

.

Жена с

критическим индексом обобщенной восприимчивости γ=1. По величине
радиуса корреляции флуктуаций параметра порядка определен критерий
применимости теории для описания динамических свойств изотропной фазы.

9. Экспериментально показано, что теория Ландау

.

–

.

де Жена описывает

динамику флуктуаций параметра порядка в температурном интервале, где
радиус корреляции флуктуаций ξ принимает значения 3ξ

0

≤

ξ

≤

10ξ

0

(ξ

0

≈0.6 нм –

величина порядка длины молекулы). Показано, что в непосредственной
близости к температуре фазового перехода, где ξ>10ξ

0

, сужение спектра

анизотропного рассеяния и избыточный рост времени релаксации обусловлен
кроссоверным (от среднеполевого к флуктуационному)

характером

поведения динамических свойств изотропной фазы.

46

10. Закономерности изменения спектрального состава рассеянного света

вблизи критической и особой точки жидкости – 1) сужение спектра
деполяризованного рассеяния вблизи температуры фазового перехода в
жидком кристалле, 2) избыточное спектральное уширение компонент тонкой
структуры спектра в окрестности особой точки раствора, 3) сингулярность в
температурной зависимости частотного смещения компонент тонкой
структуры в окрестности фазового перехода «жидкость–жидкость» –
обусловлены температурной динамикой радиуса корреляции флуктуаций
параметра порядка, которая носит универсальный характер.


background image

47

48

SCIENTIFIC COUNCIL ON AWARD OF SCIENTIFIC DEGREE OF

DOCTOR OF SCIENCES 16.07.2013.FM/T.12.01 AT PHYSICAL

TECHNICAL INSTITUTE, INSTITUTE OF ION-PLASMA AND LASER

TECHNOLOGIES AND SAMARKAND STATE UNIVERSITY

SAMARKAND STATE UNIVERSITY


background image

SEMENOV DENIS IVANOVICH

DYNAMICS OF ORDER PARAMETER FLUCTUATIONS

IN LIQUIDS AND THEIR MANIFESTATION IN

OPTICAL AND ACOUSTICAL PHENOMENA

01.04.05 – Optics (physical and mathematical sciences)

ABSTRACT OF DOCTORAL DISSERTATION

Tashkent – 2016

49

The subject of the doctoral dissertation is registered by the Supreme Attestation Commission

at

the

Cabinet

of

Ministers

of

the

Republic

of

Uzbekistan

with

the

number

28.04.2016/B2016.2.FM85

The doctoral dissertation has been carried out at Samarkand State University.


background image

The abstract of the dissertation in three languages (Uzbek, Russian, English) has been posted on the

web-site of the Scientific Council at www.fti-kengash.uz and on Information-educational portal
“ZiyoNet” at www.ziyonet.uz.

Scientific consultant: Sabirov Leonard Mukhammedjanovich,

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor

Official opponents: Kahharov Abdumutalib Mamadjanovich,

Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Azamatov Zakirjan Tahirovich,

Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Astanov Salih Husenovich,

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor

Leading organization: National University of Uzbekistan

The defense will take place on «____»_____________2016 at ____ at the meeting of the Scientific

Council 16.07.2013.FM/T.12.01 at the Physical-Technical Institute, Institute of Ion-Plasma and Laser
Technologies, and Samarkand State University (Address: 2b Bodomzor street, 100084, Tashkent.
Phone/Fax: (+99871) 235-42-91, e-mail: lutp@uzsci.net).

The doctoral dissertation can be looked through in the Information-Resource Center of the Physical

Technical Institute (registration № ___). (Address: 2b Bodomzor street, 100084, Tashkent. Phone/Fax:
(+99871) 235-30-41).

The abstract of the dissertation is distributed on «___»______________ 2016
(mailing report No ___ dated on ____________ 2016)

S.L. Lutpullayev,

Chairman of the Scientific Council on Award

of Scientific Degree of Doctor of Sciences,

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor

A.V. Karimov,

Scientific Secretary of the Scientific Council

on Award of Scientific Degree of Doctor of Sciences,

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor

I.G. Atabayev,

Chairman of the Scientific Seminar at the Scientific Council

on Award of Scientific Degree of Doctor of Sciences,

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor

50

INTRODUCTION (Annotation of the doctoral dissertation)


background image

Topicality and relevance of the subject of dissertation.

According to the

current development of the physics of phase transitions and cooperative processes
in liquids, as well as the optics of strongly fluctuating media in the world there is
an actual problem of investigation of physical processes occurring in the region of
critical and special points of single-component liquids and solutions, where large

scale correlations and processes of structural formation and decay on nano-size

spatial and temporal scales are manifested. Such researches are related to the
establishment of peculiarities of interaction of collective freedom degrees (order
parameter) with internal freedom degrees of the medium at phase transitions. The
solution of this problem is of great importance for practical realization of
perspective nano-technological areas in the field of modern biophysics,
biochemistry and biotechnology.

Valuable information on finding out the correlative properties of liquids on

nano-dimensional scales can be obtained by investigating the integral intensity,
spectral width and frequency shift of fine structure components in the spectrum of
Rayleigh scattering in the vicinity of critical and special points of the liquid state.
The investigation of the molecular light scattering (MLS) spectra allows to obtain
unique information about the structure and kinetic properties of substances, since
the spectral composition of the scattered light is defined by the dynamics of
fluctuations of various thermodynamic parameters of the substance under study.
However, practical realization of such investigation is a complex experimental
problem. Near the critical point the registration of the spectrum‟s fine structure is
problematic due to the high level of fluctuations, which leads to a strong rise of the
intensity of scattering on the frequency of the exciting light. According to this
reason, investigations of the fine structure of light scattering spectrum near critical
points of liquids are very rare.

The relevance of the theme of the dissertation is conditioned by the necessity

of establishing the regularities of the dynamics of fluctuation and structure-forming
phenomena on the scales of average molecular ordering in the vicinity of critical
and special points of the liquid state, as well as of developing of a spectroscopic
method for invasive (contactless) identification of thermodynamically stable and
unstable states of liquids. Solution of this problem is of important meaning for
development such scientific and applied directions as creating a strict theory of the
molecular scattering of light in strongly fluctuating media, theory of the liquid
state, and formation of materials with controlled properties.

This dissertation is devoted to solving in a certain degree the problems noted

in the Decree of the President of the Republic of Uzbekistan DP-1442 “On the
priorities of industrial development of Uzbekistan in 2011 – 2015” of 15
December, 2010, as well as in other legislation documents in this are.

Conformity of the research to the priority directions of science and

technology development of the Republic of Uzbekistan.

The dissertation

research has been carried out in accordance with the priority areas of science and


background image

51

technology of the Republic of Uzbekistan in the framework of PFI-2 program –
“Physics, astronomy, power engineering and engineering industry.”

Review of

international scientific researches on the theme of the dissertation.

In leading research centers around the world, such as the University of

Maryland (USA), the University of Silesia (Poland), the Institute of Industrial
Science, the University of Tokyo (Japan), the Research Institute for Solid State
Physics and Optics (Hungary), the Physical Institute of the Russian Academy of
Sciences and Saint-Petersburg State University (Russia) and the National
Universities of Kiev and Odessa (Ukraine) as well as in Samarkand State
University (Uzbekistan) there are research works devoted to critical state of
liquids, manifestation of large-scale correlations in integral characteristics of the
scattered light, as well as in a character of high-frequency sound propagation in the
vicinity of critical and special points of the liquid state.

At the global level, a number of actual problems were solved and important

scientific results were obtained in this field of research: 1) common similarities in
the behaviour of liquids near the critical point and in the other second-order phase
transitions were experimentally identified (University of Maryland, USA); 2) the
determining role of the interaction (correlation) of fluctuations in critical
phenomena was set (Physical Institute of the Russian Academy of Sciences,
Russia); 3) non-analytical (singular) nature of changes in the physical properties of
systems near critical points was experimentally established (University of Silesia,
Poland); 4) the conditions for observing the universality of critical phenomena
were set forth and a hypothesis of isomorphism of critical phenomena was
proposed (University of Tokyo, Japan; University of Maryland, USA).

At the present time theoretical and experimental research works are carried

out to study a special point and a double critical point of a liquid, particularly in a
such actual directions as studying the fine structure of a spectrum of the scattered
light in aqueous solutions of non-electrolytes with special points, spectral width of
the fine structure components, finding out the character of the dispersion of high
frequency sound propagation in the vicinity of the special point, revealing the
relaxation and non-relaxation mechanisms of the dispersion.

Degree of study of the problem.

The experimental study of phase transitions

and critical phenomena in liquids is a vast area of actual physical problems at the
moment. The theory of light scattering in the critical area of liquids was developed
by L.S. Ornstein and F. Zernike. In general, in the case of 2nd-order phase
transitions, such a theory was developed by V.L. Ginzburg and his colleagues on
the basis of L.D. Landau theory of phase transitions. Stratified solutions represent
all common properties of systems that undergo phase transitions and critical
phenomena. The picture of phase transitions in different systems has many
similarities (the isomorphism of critical phenomena). Therefore, the experimental
study of the spectrum of light scattering near the critical stratification point
provides information of a general character. This information is useful for the


background image

discussion of critical phenomena in phase transitions of different nature.
Furthermore, it is essential in creating the microscopic theory of phase transitions.

52

Under the leadership of I.L. Fabelinski, the corresponding member of the

Russian Academy of Sciences, there was carried out an extensive experimental
study of MLS spectra in solutions with a closed loop of stratification. New
phenomena were observed in these studies, which cannot be explained by existing
theories. Near the temperature of upper and lower critical points of stratification a
strong increase of hypersonic absorption has been experimentally established. This
fact does not agree with the coupling-mode theory M. Fixsman and K. Kawasaki,
and the dynamic-scaling theory by L. Kadanoff and J. Swift. Experimentally, a
large dispersion of the sound velocity below the lower point temperature and its
strong dependence on temperature were found. This fact cannot be explained from
the point of view of the relaxation theory by M.A. Leontovich.

Such scientists of Uzbekistan as academicians P.K. Khabibullaev, A.K.

Atakhodjaev, prof. Sh. Otajonov, prof. F.H. Tukhvatullin, prof. L.M. Sabirov have
carried out investigations of optical and acoustical properties of solutions. On the
basis of the obtained results, peculiarities of intermolecular interactions, as well as
characteristic relaxation times of various processes on molecular level have been
determined for a series of binary systems. The experimental study of the
fluctuation and structural phenomena near critical and special points of liquids is
held in Samarkand State University under the leadership of prof. L.M. Sabirov. In
these studies the methods of spectroscopy of isotropic and anisotropic scattering of
light are used. The studies established a number of new physical phenomena that
require explanation. Among them are the excess spectral broadening of the spectral
components of the fine structure in solutions with critical and special points; a
narrowing of the spectrum of anisotropic scattering near the critical point of
solution stratification; anomalous frequency dependence (dispersion) of the
velocity of high-frequency sound in solutions with the special point. The
experimental results obtained under the leadership of I.L. Fabelinski and L.M.
Sabirov have stimulated the development of the new MLS theories for critical
liquids. Some mechanisms of interaction between critical and non-critical
fluctuations in solutions have been proposed in the theoretical works of I.A.
Chaban. The experimental study of mechanisms of interaction of various types of
fluctuations and their manifestation of MSL spectra at phase transitions in liquids
is the subject of intensive experimental studies of scientific schools of
I.L.

.

Fabelinski and L.M. Sabirov.

Connection of the dissertational research with the plans of scientific

research works.

The dissertational research was carried out according to the

approved plan of research works of Samarkand State University in the framework
of the grant projects: F2-2.1.45 “Investigation of the dynamics of order parameter
fluctuations and thermodynamic properties in the vicinity of structural and phase
transitions by methods of acousto-optics and laser spectroscopy of spontaneous
and stimulated light scattering in solutions and liquid crystals” (2003-2007), OT


background image

F2-004 “Interaction of fluctuations in critical points of solutions and liquid crystals
and their manifestation in optical and acoustical phenomena” (2007-2011).

The

purpose of the research

is finding out the physical mechanisms of manifestation

of the dynamics of order parameter fluctuations in the spectral

53

distribution of light scattered in the vicinity of the critical point and special point of
thermodynamically unstable state of a liquid.

To achieve the purpose the following

tasks of the research

were formulated:

to investigate the fine structure of the light scattering spectrum in aqueous
solutions of non-electrolytes with the special point, depending on the
concentration, temperature and scattering geometry; to find out the regularities of
change in the frequency shift and spectral width of fine structure components in the
vicinity of the special point of systems under study;

to determine the limits of existence of structurally stable states of aqueous

solutions in “temperature-concentration” coordinates; to determine a parameter
(criterion) to describe transitions between different structural states with changing
temperature and concentration of non-electrolyte in the solution;

to investigate the character of high-frequency sound velocity dispersion in the

vicinity of the special point; to detect the relaxation and non-relaxation
mechanisms of dispersion;

to determine the mechanisms of hypersonic absorption while approaching the

special point of the solution from the fine structure of the light scattering spectra; to
determine the regularities of critical dynamics of order parameter fluctuations in
the vicinity of the special point of solutions;

to examine the applicability of the mean-field approximation of Landau – de

Gennes theory for the description of the dynamics of order parameter fluctuations
near the temperature of “isotropic liquid – liquid crystal” phase transition;

to find out the universal character of fluctuation dynamics in liquids at phase

transitions of different order parameters.

The objects of the research

are the special point of thermodynamically

unstable state of aqueous solution and the critical point of the phase transition in
liquid crystal.

The subject of the research

is the dynamics of fluctuation and structure

forming processes near critical and special points of liquid, as well as their
manifestation in the spectral composition of scattered laser radiation.

The methods of the research.

In the dissertation research we used the

methods of laser spectroscopy of isotropic and anisotropic light scattering, as well
as the method of acousto-optic spectroscopy based on the phenomenon of light
diffraction due to ultra-acoustic phonons. As an excitation radiation source we
used a frequency-stabilized He-Ne laser (630 nm). In the experiment we used high
resolution spectral set-ups – a high-contrast double-pass plane Fabri-Perot
interferometer and a spherical interferometer. This provides high accuracy in
measurements of spectral characteristics of objects under study.

The scientific novelty of the dissertational research

consists in the


background image

following results:

The contribution of the spatial mechanism to the dispersion of high-frequency

sound velocity has been experimentally proved in the vicinity of the special point
of solutions, as well as micro-heterogeneous structure of the solution below the
special point temperature has been established, and the correlation radius of
structural non-homogeneity ~10 nm has been determined.

54

The manifestation of a process of non-coherent scattering of hypersound due

to the order parameter fluctuations in the fine structure of light scattering spectra
has been experimentally determined. It has been shown that the dynamics of order
parameter fluctuations can be described in terms of Landau theory for 2nd-order
phase transitions. The mechanism of an excess of spectral width of fine structure
components in the vicinity of the solution‟s special point temperature has been
grounded.

The “liquid-liquid” phase transition of structural type has been established in

the solution below the special point temperature. It has been shown the
applicability of Landau theory to describe the dynamics of order parameter
fluctuations at the structural phase transition.

The physical mechanisms of narrowing of the spectra of anisotropic scattering

near the temperature of “isotropic liquid – liquid crystal” phase transition have
been revealed. The existence of a temperature interval has been experimentally
proved, where the dynamics of change in spectral width and relaxation time of
order parameter fluctuations can be described in terms of the mean-field
approximation of Landau – de Gennes theory.

It has been shown that the correlation radius of order parameter fluctuations

determines the limits of applicability of Landaua – de Gennes theory to describe
the dynamics of critical phenomena in the isotropic phase of liquid crystals. The
crossover character (from the mean-field to fluctuation one) of the behaviour of
dynamical properties of the isotropic phase near the temperature of phase transition
has been experimentally revealed.

The universality of the dynamics of order parameter fluctuations has been

experimentally revealed in the vicinity of the special point of solutions, in
structural “liquid-liquid” and “isotropic liquid – liquid crystal” phase transitions.

The practical results of the research.

The diagrams of structurally stable states of aqueous solutions of non

electrolytes in “temperature-concentration” coordinates have been obtained. The
phenomenon of negative dispersion of high-frequency sound velocity in liquids
has been experimentally proved.

The “liquid-liquid” phase transition has been established in the vicinity of the

special point of solution.

Critical indexes of the generalized susceptibility have been determined to

describe the dynamics of order parameter fluctuations for three different types of
phase transitions in liquids.

Reliability of the obtained results

is confirmed by the use of conventional


background image

scientific methods, proven techniques of experimental research and a high degree
of reproducibility of experimental results. The experimental data and conclusions
based on them confirm the predictions of the theoretical works by L.D. Landau,
V.L.

.

Ginsburg, P.

.

de

.

Gennes, M.A.

.

Leontovich, V.V.

.

Vladimirsky and I.A.

.

Chaban

within the investigated problem.

Scientific and practical value of the results of the research.

The

experimental data and scientific conclusions obtained in the dissertation stimulate
the development of a theory of liquid state with non-local relaxation of fluctuations

55

of its parameters. The non-local character of relaxation is conditioned by the
interaction of fluctuations of different nature, as well as by the existence and
change of the structure in the liquid. This explains the scientific value of the
research results.

The application of the fine structure of MLS spectra for non-contact

diagnostics of correlative properties of liquids on nano-dimensional spatial scales
has been experimentally grounded in the dissertation. The obtained regularities of
manifestation of large-scale correlations in liquids can serve for the development
of such actual fundamental and applied fields as the development of a qualitative
theory of the liquid state, and the formation of materials with controlled properties.
This explains the practical value of the research results.

Application of the research results.

In the dissertation approaches for

identification of structural-equilibrium states in solution with H-bonded network
and for determination of tlimits of excistence of the continuous network have been
developed and used as follows:

identified structural-equilibrium states of solutions with H-bonded network,

and identified spectral lines in the fine structure of the scattered light spectrum
were used in the grant 08-02-90252-Uzb_а “Optics of phase states on the border
liquid-gas, liquid-liquid, and liquid-solid” in analysis of spectral characteristics of
quartz globular crystals. The research results allowed to aplift the radiation
stability of optical filters with a narrow band of opaquity (Letter from the Wave
Research Centre of the General Physics Institute of the Russian Academy of
Sciences,

08.06.2015, Russia);

developed method for identification of the limits of existence of the H-bonded

network in solutions was used in the grant 0108U007555 “Role of H-bonds in
formation of properties of water and bio-solutions. Change of properties of H
bonded network under the influence of salts and proteins” for theoretical analysis
of the clasterization processes in aqueous solutions with the special point. The
research results promote the solution of the problem of a stable structure formation
in aqueous solutions on nano-size spatial and temporal scales (Letter from National
University, 16.02.2016, Ukraine).

Approbation of the research results.

The main results have been reported

and discussed at the following conferences: 4th International Conference on Heat
Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics (Cairo, Egypt, 2005); XVI
Conference on Liquid Crystals (Stare Jablonki, Poland, 2005); IV Conference on


background image

Physical Electronics (Tashkent, 2005); 16th Symposium on Thermophysical
Properties (Boulder, USA, 2006); III International Conference on Molecular
Spectroscopy (Samarkand, 2006); International Conference on Bio Nanotechnology
(Al Ain, UAE, 2006); Republican Conference “Optical methods

in modern

physics” (Tashkent, 2008); “Modern physics and its perspectives” (Tashkent,
2009); “Modern problems of physics and physical education” (Samarkand, 2009);
7-th All-Russian Conference “Irreversible processes in science and technology”
(Moscow, 2013); IV International Conference on Actual Problems of Condensed
Matter Spectroscopy (Samarkand, 2013); II International Conference “Optics and
Photonics - 2013” (Samarkand, 2013); VI International

56

Conference on Physical Electronics (Tashkent, 2013); 7th International Conference
on Laser Probing (East Lancing, USA, 2015); at the seminar of the Faculty of
Physics of Samarkand State University (04.02.2016) and at the seminar of the
Scientific Council on Award of Scientific Degree of Doctor of Sciences
16.07.2013.FM/T.12.01 at the Physical-Technical Institute, Institute of Ion-Plasma
and Laser Technologies and Samarkand State University (30.03.2016).

Publication of the results.

The

main results of the dissertational research

have been published in 20 articles in the republican (5 articles) and international
(15 articles) peer-reviewed journals,

as well as in the materials of the republican

and international conferences (24 publications).

Structure and volume of the dissertation.

The dissertation consists of an

introduction, five chapters, a conclusion and a list of references. The work contains
200 pages of main text, 62 figures and 8 tables.

THE MAIN CONTENT OF THE DISSERTATION

In the

introduction

the topicality and relevance of the subject of the

dissertation have been justified; the conformity of the research with priority
directions of scientific and technological development in the republic have been
defined; a review of international scientific researches on the theme of the
dissertation has been presented; the degree of study of the problem, the purpose
and tasks, the objects, subject and methods of investigation have been formulated;
the scientific novelty of the research has been stated; the reliability of the obtained
results has been proved; their theoretical and practical values have been revealed;
short information about the application of the results and approbation of the work,
as well as about the volume and structure of the dissertation has been given.

In the first chapter

“Spectra of molecular light scattering and some of their

applications for investigation of critical and special points of liquid”

of the

dissertation, there is a literature review that contains the results of theoretical and
experimental studies on the spectra of molecular light scattering and some of their
applications to the study of critical and special points of liquids. The change in the
spectrum of molecular scattering in the region of the critical state of liquid,
application of the spectra of Mandelshtam-Brillouin scattering to study the
hypersonic parameters of liquids in critical state are considered. The analysis of the


background image

available data in the literature devoted to the study of the intensity and spectral
composition of the scattered light due to fluctuation phenomena and structural self
organization of molecules in aqueous solutions of non-electrolytes, as well as the
problem of detection and study of “liquid-liquid” phase transitions are carried out.

The second chapter

“Experimental methodology of studying the spectral

composition of light scattered near the critical and special point of liquid
state”

of the dissertation describes the methods for the detection and investigation

of the spectra of the molecular scattering of light in relation to the assigned tasks of
this work. It is known that the study of Mandelshtam-Brillouin scattering spectra in
solutions with strongly developed fluctuations of concentrations is associated with
a number of difficulties of an experimental character. This generally leads to a

57

relatively small number of researches in this area. The fact that the intensity of the
central component of the Rayleigh triplet is 3-4 orders of magnitude greater than
the intensity of MB components, if the latter are studied in liquids with developed
order parameter fluctuations. In our experiments an observation of MB
components in the vicinity of temperature of phase and structural transitions was
possible by using a two-pass Fabry-Perot interferometer, which allowed us to
obtain the sharpness of interference pattern ~40 and the contrast of order ~4×10

5

.

In this chapter there is also a description of the experimental setups used in

this work. The technique of accounting the form of apparatus contour in spectra of
Rayleigh line wing (RLW) and MB components (MBC) is described. Errors in
obtaining MB spectra related to the finite aperture of collimator lens, and errors
due to inaccuracy in arrangement of light scattering angle are discussed. The
technique of preparation of optically pure samples of investigated liquids is
presented.

The third chapter

“Spectra of fine structure in aqueous solutions with the

special point depending on temperature, concentration and scattering angle”

of the dissertation presents the results of the experimental study of spectra of fine
structure of Rayleigh line in aqueous solutions of 4-methylpyridine (4MP). The
special point of this system corresponds to the concentration

х

≈0.06 m.f. and

temperature

t

≈70

0

С. We studied 12 systems: 11 solutions with concentrations

from 0.005 to 0.8 m.f., and pure 4MP (

х

=1 m.f.). The spectra of the scattered light

were registered in the temperature interval 10†80

0

С for scattering angles 90 and

135

0

. In general, we registered and analyzed more than 1800 spectra that allowed

us to provide a detailed investigation of the evolution of frequency shift

Δν

MBCs

actually in all regions of temperature and concentration that are accessible for
study.

Fig.1 presents a complete set of experimental data for

Δν

(

x

,

t

) dependence at

the scattering angle of 90

0

. With decrease of 4MP concentration in the solution

Δν

changes non-monotonically, passing through a maximum in the region of average
concentrations (Fig.1). With rising temperature of the solution the maximum on

Δν

(

x

) dependence becomes less expressed, and its position at the concentration


background image

scale shifts towards lower concentration. The position of the maximum on

Δν

(

x

)

dependencies, according to the concentration, does not depend on the scattering
angle, but it is determined only by the solution temperature.

In solutions of low concentrations there is an additional maximum on

isotherms of

Δν

(

x

) dependence (Fig.1). The position of this maximum on the scale

of concentration does not depend on the temperature of solutions. With rising
scattering angle the maximum slightly shifts towards the lower concentration.

In the concentration region

х

≥0.4 m.f. the temperature coefficient of MBC

shift (a derivative of

Δν

(

t

) by

t

when

x

=const) is negative, and it does not depend

on the temperature and concentration of solution.

In the region 0.1≤

х

<0.4 m.f. the temperature coefficient of MBCs shift is also

negative and does not depend on the solution temperature, but becomes dependent
on the solution concentration. With decreasing

х

the temperature coefficient

58

decreases (by the absolute value). At concentrations

х

<0.1 m.f. the temperature

coefficient depends both on the solution concentration and temperature. At this, an
inversion of the sign of the temperature coefficient of MBCs shift is observed. The
inversion point with decreasing

x

is shifted towards higher temperatures.

The revealed in the experiment regularities of change of MBCs shift with

temperature and concentration reflect the change of the thermodynamic state of
aqueous solutions of 4MP. The change of the solution state can be identified by the
change of one of the following parameters: 1) the sign of the derivative of MBCs
shift by concentration (d(

Δν

)/d

x

), and 2) the sign of the derivative of MBCs shift

by temperature (d(

Δν

)/d

t

).

Scattering angle is 90

0

Fig.1. Concentration-temperature dependence of MBC shift in 4MP aqueous

solutions.


background image

There are no any chemical reactions in the studied solutions with variation of

temperature and concentration. Accordingly, different states of solutions are
caused by the structural changes in them. A transition from one structure to another
can be realized by variation of concentration (at a fixed temperature) or by
variation of temperature (at a fixed concentration).

In order to determine the boundaries of existence of areas with different

structures (lines of structural transitions), we carried out an investigation of the
adiabatic compressibility of solutions – a thermodynamic parameter, which is
closely related to the structure of liquids. The compressibility is one of the
parameters, which are related to the structure of liquids, and determination of this
parameter, as well as its derivatives (excess molar adiabatic compressibility, partial
adiabatic compressibility) is a known method of study of the structure of solutions.

59

Investigations of the adiabatic compressibility of liquids β

S

=1/(ρ

V

2

) (ρ -

density,

V

– sound velocity) by measuring the ultrasonic velocity are rather

numerous. However, experimental data on the compressibility of aqueous solutions
at higher frequencies (hypersound) are practically absent.

With decreasing concentration of 4MP in solutions the magnitude of β

S

changes non-monotonically, passing through a minimum in the region of average
concentrations (an inversion of the sign of the derivative of β

S

(

x

) by

х

at

t

=const).

With rising temperature the minimum on β

S

(

x

) dependence becomes lesser

expressed, and its position by the concentration scale shifts towards lower
concentrations. The position of the minimum on β

S

(

x

) dependence does not depend

on the frequency (wave length) of sound when there is a transition from ultrasound
to hypersound, but it is determined by the temperature of solutions.

PI: dβ

S

/d

x <

0, dβ

S

/d

t

< 0

PII: dβ

S

/d

x

< 0, dβ

S

/d

t

> 0

PIII: dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t >

0

PIV: dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t

< 0

■ - dβ

S

/d

x

=0, ● - dβ

S

/d

t

=0

Fig.2. The state diagram

(according to regularities of

change in β

S

magnitude) of

4MP aqueous solutions in

coordinates “temperature

concentration”.

In solutions of low concentrations (

х

<0.1 m.f.) β

S

(

t

) cannot be described by a

simple linear dependence. With rising temperature the compressibility of the


background image

solution decreases, passes through a minimum, and then increases with further rise
of the solution temperature. The temperature coefficient of the compressibility
(derivative of β

S

(

t

) by

t

at

х

=const) depends on both concentration of the solution

and its temperature. There is an inversion of the sign of the temperature coefficient
of the compressibility; at this the point (temperature) of the inversion is shifted
towards higher temperatures with decreasing

x

.

On isotherms of β

S

(

x

) in the region of low concentrations there is an

additional minimum. At ultrasonic frequency there is no minimum in this range of
concentrations.

The lines, which are formed by the inversion points of the sign of β

S

derivatives by concentration and temperature, reflect the lines of structural
transitions between different states of solutions (Fig.2). The transition from one
state to another can be realized either by the variation of the solution concentration
(at a fixed temperature), or by the variation of the solution temperature (at a fixed
concentration).

60

On the constructed on the basis of our results diagram of the state of solutions

in coordinates “temperature-concentration” (Fig.2) we revealed four regions
(phases), which are characterized by different structures of the system:

1) in

t-x

-region, where dβ

S

/d

x

< 0, dβ

S

/d

t

< 0 (P I), a continuous network of

H-bonds is preserved, which is formed by water molecules with a tetrahedral
configuration similar to pure water structure;

2) in

t-x

-region, where dβ

S

/d

x

< 0, dβ

S

/d

t

> 0 (P II), the network of H-bonds

preserves its three-dimensional integrity, but it is disturbed (deformed) by
implanted non-electrolyte molecules and rising number of thermal defects; 3) in

t-x

-region, where dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t >

0 (P III), the network of H

bonds is

destroyed (fragmented) in the whole volume of the solution, and the degree of the
network fragmentation increases with the rise of temperature or non electrolyte
concentration in the solution;

4) at low concentration of 4MP there is

t-x

-region in the solution, where

dβ

S

/d

x

> 0, dβ

S

/d

t

< 0 (P IV). In this rather small temperature-concentration region,

the continuous network of H-bonds is absent in the solution, but the solution
structure locally preserves features of the structure of pure water.

The obtained data on the adiabatic compressibility of solutions in the

hypersonic frequency region prove the existence of the continuous network of
hydrogen bonds in pure water and aqueous solutions at a certain interval of
temperature and concentration, as well as the transformation of this network from a
non-deformed to deformed state with further destruction (fragmentation) with
increasing temperature or concentration of non-electrolyte in the solution.

At the concentration of the special point

х

=0.06 m.f. (minimum of

thermodynamic stability) in the solution we experimentally observed the additional


background image

minimum of the compressibility on the hypersonic frequency. The minimum is
absent on the ultrasonic frequency that points on manifestation in the solution of
structure-forming processes on nano-dimensional scales (for ultrasound, due to
relatively large wavelength, the medium is still continuous one). The characteristic
scale of the structural non-homogeneity of the solution, which is estimated by the
magnitude of the minimum of the adiabatic compressibility, is of 10 nm.

In the fourth chapter

“Hypersonic propagation in aqueous solutions of

non-electrolytes in the vicinity of the special point”

of the dissertation, we

presented the results of the investigation of the acoustic properties of aqueous
solutions in the hypersonic region from the fine structure of the scattered light
spectra. The magnitudes of the dispersion

D

in the hypersonic region for 4MP

water solutions were determined by a new method, which is based on the
calculation of the dispersion directly from the magnitudes of the shift

Δν

of MBCs,

registered at different scattering angles θ:

−

1

⎜

⎜

⎝

⎛−

( )

×

⎟

⎟

⎠⎞ ⎜

⎜

⎝

⎛

+

( )

⎟

⎟

⎠⎞

Δ
= ×

2

ν

1

θ

sin 2

1

Δ

ν

1

θ

sin 2

1

D

.

Δ

ν

2

( )

θ

sin 2

2

Δ

ν

2

( )

θ

sin 2

2

The advantage of the proposed method, as compared with the traditional

comparison of sound velocities measured for different frequencies, is in the fact
that the magnitude

D

can be calculated just from the magnitudes of MBCs shift.

61

Therefore, there is no necessity to calculate absolute magnitudes of hypersonic
velocity, which require additional measurements of the refractive index

n

of the

studied liquid.

When transition from the sound frequency ~4.8 GHz to ~6.2 GHz we

discovered an unusual physical phenomenon – a negative dispersion (decrease of
the hypersonic velocity with rise of the frequency) in a narrow interval of the
solution concentrations (0.06†0.08 m.f.) in the vicinity of the special point (Fig.3).
The magnitude of the dispersion is practically independent on the solution
temperature.

In order to have a complete picture of the dispersion, the solution with

concentration

х

=0.06 m.f. was subjected to a special study. In this solution we

carried out a detailed investigation of the temperature dependencies of sound
velocity for frequencies 5.4 MHz, 2.6 GHz, 4.8 GHz and 6.2 GHz.

Solid line – fitting of the


background image

experimental data. Dashed line –

regular magnitudes of the dispersion

in the concentration region

x

<0.1 m.f.

Fig.3. Concentration dependence

of the hypersonic velocity

dispersion in 4MP aqueous

solutions at the temperature of

20

0

С.

In the frequency region from 5.4 MHz to 4.8 GHz in the solution we observed

a positive dispersion of the sound velocity. The analysis of the obtained data in the
framework of the relaxation theory shows that the positive dispersion is caused by
the process of the bulk viscosity relaxation, and the characteristic time of the
process varies from τ=9.3×10

-11

s to τ=7.7×10

-11

s when temperature is varied,

respectively, from 30 to 50

0

С. The magnitudes of ultrasound and hypersound

velocities at frequencies 5.4 MHz and 4.8 GHz are close to the boundary velocities

V

0

and

V

∞

of the relaxation process.

Experimental observation of the negative dispersion of the sound velocity in

the investigated solutions is essential and can be explained by the micro
heterogeneous structure of solution below the special point temperature.
Conditions of manifestations of the negative dispersion in liquids were discussed
in the theoretical works by Vladimirsky and Ginzburg. Estimated, in accordance
with their predictions, characteristic size of a spatial non-homogeneity in the
investigated solution is of the order of 10-13 nm, and it is practically independent
of the solution temperature. The latter indicates that the ordered regions are not the

62

fluctuation occurring formations, but represent an element of the internal structure
of the solution. Consequently, in solutions at temperatures below the special point,
temperature ordered regions are formed with a structure different from the
structure of the whole solution. In other words, in solutions with the special point
there should be a phase transition of structural type, which temperature coincides
with the special point temperature.

To test this hypothesis, we proposed an adequate method for the detection and

investigation of the structural phase transitions in liquids. This method is the study
of the temperature coefficients of the hypersonic velocity and absorption
coefficient of hypersound from spectra of Mandelshtam-Brillouin scattering. In
this, we subjected to study a series of solutions with the special point, as well as a
solution in which there is no special point, but there are a number of anomalies in
the behaviour of the physical parameters at low concentrations (a solution with a
special line). We investigated the temperature dependence of the velocity and
absorption coefficient of hypersound from spectra of Mandelshtam-Brillouin


background image

scattering in solutions with the special point (4-methylpyridine-water, 3-
methylpyridine-water, acetone-water), as well as in the solution with the special
line – tert-butyl-alcohol-water (TBA) with concentration

х

=0.04 m.f. This

concentration corresponds to so-called anomalous maximum of the light scattering
intensity in concentration dependence of aqueous TBA solutions. The origin of this
maximum is still a subject of discussion in scientific literature.

Our experiment shows that the temperature dependence of the hypersonic

velocity

V

(

t

) in TBA-water solutions can be described by two linear parts with

different magnitudes of the temperature coefficient of the velocity

B

=d

V

/d

t.

A

transition by temperature between the dependencies

V

(

t

) with different

B

occurs in

a narrow temperature interval (~43-44

0

С), and it is accompanied by a jump-like

change of the hypersonic velocity at the boundaries of this interval. Previously, we
observed the change of the temperature coefficient of the hypersonic velocity at
~10

0

С in the solution with concentration 0.19 m.f. (this concentration corresponds

to the maximum of the scattered light intensity due to the concentration
fluctuations). The change in the temperature coefficient of the hypersonic velocity
points to the fact that one and the same system (TBA-water solution) is described
by different state equations in the regions with different magnitudes of d

V

/d

t

.

In our work it was established that for aqueous solutions of TBA

t

-

x

coordinates of minimums of the correlation length of the concentration
fluctuations, change of d

V

/d

t

of hypersound, and maxima on

V

(

x

) isotherms are

coincident. Our results together with the literary data are in accordance with
theoretical predictions about the existence of unattainable upper and lower critical
points of stratification. The transition from the high-temperature pre-critical region
to the low-temperature one is accompanied by a structural phase transition. By
comparing our results with the results of temperature-concentration study of the
correlation radius of the concentration fluctuations and hypersonic velocities at
different frequencies we constructed the state diagram of aqueous solutions of
TBA, i.e. the lines of transitions (by temperature and concentration) between
different structures of the solutions.

63

In acetone-water solution (temperature and concentration of the special point,

consequently, 0.4 m.f. and ~24

0

C) we studied temperature dependencies of the

ultrasonic (30.3 MHz) and hypersonic (~2.6 GHz) velocities, as well as the
absorption coefficient in the vicinity of the special point temperature (Fig. 4 and 5).

At temperatures above the special point (SP) in the solution the hypersound

and ultrasound velocities linearly depend on temperature. The dispersion of sound
velocity does not exceed the experimental error. The temperature coefficients
(d

V

/d

t

) of ultrasonic and hypersonic velocities are equal. In a narrow temperature

interval in the vicinity of SP the hypersonic velocity does not depend on
temperature (d

V

/d

t

=0). At temperatures below SP we can see two intervals, in

which the hypersonic velocity depends linearly on temperature, but with different
temperature coefficients. The temperature coefficient of the hypersonic velocity at

t

≤18

0

C is approximately equal to the temperature coefficient of the ultrasonic


background image

velocity.

Solid line – smooth of the experimental data.

Fig.4. Temperature dependence of

ultrasonic (□) and hypersonic (■) velocity

in acetone-water solution

Solid lines – theoretical calculation, dashed line

– background (non-critical) part of absorption.

Fig.5. Temperature dependence of the

absorption coefficient of hypersound in

acetone-water solution

With changing temperature of the solution the hypersound absorption

coefficient α is changed non-monotonically, and in α(

t

) dependence one can clearly

observe two maxima (Fig.5). The first, relatively intensive, and narrow maximum
is located at the special point temperature. The second, less intensive, and wider
maximum is located at the temperature, which is approximately 2

0

С lower.

The temperature dependence of the excessive part of absorption in the vicinity

of SP temperature looks like λ-curve that contradicts the classical theories of sound
absorption near the critical point. In the case of hypersound, the product of
frequency of the time of fluctuation relaxation Ωτ>>1 and the theories predict a
decrease of critical contribution to the absorption. However, in the experiment we
observed the rise of the critical part of the absorption.

In the present work we described the observed excess of absorption in terms

of a modern theory developed by I.A. Chaban (JETP, 2005, v.127, No2, p.1). The

64

theory is based on the assumption that in the vicinity of the critical point the rise of
the hypersonic absorption occurs also due to the sound scattering on the order
parameter fluctuations.

For ultrasonic frequencies such a contribution to the absorption is absent since

the wavelength of ultrasound is significantly larger than the correlation radius of
fluctuations. A principal moment of the theory is a choice of the magnitude of the
critical index γ of the summarized susceptibility, which determines the temperature
dependence of the critical part of the absorption near the special point. In our study
we did not do any initial assumptions about the magnitude of γ, and the critical
index was determined by minimizing the sum of average squared deviations of the
experimental data from the curve calculated by the formulas of the theory.


background image

Dashed lines (

1

,

2

and

3

) - linear parts of the

dependence

Δν

(

t

). Solid lines – temperature

intervals where

Δν

(

t

) is of non-linear character.

Fig.6. Temperature dependence of MBCs

shift

Δν

in 4MP-water solution with

concentration 0.06 m.f. (scatter angle 45

0

)

■ – experimental data,
solid lines – results of calculation.

Fig.7. Temperature dependence of the

adiabatic compressibility β

S

in 4MP

water solution (

х

=0.06 m.f.)

It was found that the best agreement between the experiment and the theory

takes place when γ=1. The obtained result shows that the critical dynamics of
fluctuations in the vicinity of SP can be described in terms of Landau theory. The
theory is able to describe also the second maximum in temperature dependence of
α below SP temperature. This result still requires its own interpretation.

We should note that we observed the similar behaviour of the hypersonic

velocity and absorption also in aqueous solutions of 3MP and 4MP in the vicinity
of the special point temperature. In these systems the theory of I.A. Chaban with
critical index following from the Landau theory can better describe the observed in
the experiment maxima of the excess of the hypersonic absorption.

Unlike acetone-water and 3-methylpyridine-water solutions, the additional

(low-temperature) maximum of absorption is weakly expressed (in limits of
experimental errors) in 4-methylpyridine-water solution that can be explained by
relatively high non-critical (background) absorption (as compared with other

65

studied solutions). However, the temperature behaviour of MBCs shift in the

temperature interval 40†65

0

С is similar to the peculiarities of change of the sound

velocity while approaching the critical point of the second order phase transition
(Fig.6).

We studied the adiabatic compressibility β

S

of the solution in the temperature

interval from ~30 to ~80

0

С. Fig.7 presents magnitudes of β

S

for different

temperatures of the solution determined from the magnitudes of MBCs shifts. In
the analysis of singular (critical) parts of β

S

we initially made no assumptions

about the magnitude of the critical index γ. The temperature of the phase transition


background image

T

C

was varied in limits 53†55

0

С in order to find such a magnitude, at which the

critical indexes become equal for the singular parts of β

S

below and above

T

C

.

As a result, we obtained the following parameters:

T

C

≈ 54.5

0

С, γ

1

= - 1.08 ±

0.07, γ

2

= - 1.06 ± 0.12. The calculated magnitudes of the adiabatic compressibility

can better describe the results obtained in the experiment (Fig.7). The singularity
of the behaviour of the adiabatic compressibility while approaching the
temperature ~54.5

0

С can be described by the critical index, which coincides with

the predictions of Landau theory for the 2nd-order phase transitions.

The presence of two maxima of the hypersonic absorption, the singularity of

the behaviour of the adiabatic compressibility, as well as their consistent
description in terms of the theory can prove the existence in the studied solutions
of two different states with minimum of the thermodynamic stability, which are
spaced by temperature.

In the vicinity of SP temperature the system is characterized by rather high

level of the order parameter fluctuations (concentration fluctuations in the case of
SP of the solution) due to the maximal closeness to DCP. Since DCP is
unattainable, there is the “cutoff” of the scale of fluctuations (the correlation
radius), and their dynamics can be described by the critical index of Landau theory.
At lower temperature the system is also thermodynamically unstable, but due to
the structural phase transition. The order parameter fluctuations in this case are
fluctuations in the concentration of “holes” (i.e., regions, where structure is
absent). The dynamics of the hole concentration fluctuations (the order parameter
at structural phase transition) is also described by the critical index of Landau
theory.

In the fifth chapter

“Spectra of anisotropic scattering of laser radiation

near the temperature of phase transition in liquid crystals”

of the dissertation,

we presented the results of the study of spectra of depolarized light scattering
(Rayleigh line wing) in the isotropic phase of liquid crystals while approaching the
temperature of “isotropic – liquid crystal” (I-LC) phase transition. We studied the
angular and temperature kinetics of the width of Rayleigh line wing (RLW).

The analysis of the obtained results shows a sharp narrowing of RLW

spectrum while approaching the temperature of I-LC phase transition (at the side of
the isotropic phase). The contour of the line of scattering is described by a single
Lorentzian, the width of which is strongly dependent on the proximity of the phase
transition temperature, and is independent (in the limits of experimental errors) on
the angle of scattering.

66

The narrowing of the wing near the temperature of I-LC transition is

conditioned by the critical slowdown of the orientational mobility of molecules
due to the rise of the correlation radius of the order parameter fluctuations in the
vicinity of I-LC phase transition.

From the obtained RLW spectra we determined the temperature dependencies

of the relaxation time τ of the order parameter fluctuations in the studied samples
of MBBA and PAA liquid crystals. It was shown that while approaching I-LC


background image

transition temperature, the rise of the relaxation time is caused by the rise of the
correlation radius of fluctuations, as well as by the rise of the viscosity η of the
isotropic phase.

The analysis of the experimental results, without accounting the temperature

dependent contribution of the viscosity, gives an overvalued magnitude of the
critical index of susceptibility, and, consequently, does not allow one to determine
authentically the limits of applicability of the Landau – de Gennes theory for the
description of the phenomenon.

Dashed line – a linear part of the

dependence, γ – susceptibility critical

index,

T

*

- temperature of the second

order phase transition.

Fig.8. Dependence of lg(η/τ) on

lg(

T

-

T

*

) in the isotropic phase of

PAA liquid crystal.

In the isotropic phase of liquid crystals it is possible to distinguish three

temperature intervals, in which the relaxation time of the order parameter
fluctuations depends differently on temperature (Fig.8). In the temperature interval
where the correlation radius 3ξ

0

≤

ξ

≤

10ξ

0

(ξ

0

≈0.6 nm is of order the length of the

molecule), the temperature dependence of the relaxation time is described in terms
of Landau – de Gennes theory with the critical index of the susceptibility γ=1.

Near I-LC transition temperature where ξ>10ξ

0

, we observe an “excessive”

(as compared with theoretical prediction) rise of the relaxation time, which is
conditioned by the crossover character (from mean-field to fluctuation) of
behaviour of the dynamic parameters of the isotropic phase in the very vicinity of
the phase transition.

In the region of high temperatures where ξ<3ξ

0

, we also observe a change in

the character of the temperature dependence of the relaxation time. The decrease of
the correlation radius leads to the fact that the temperature dependence of the

67

relaxation time, which characterizes the large-angle reorientation of molecules,
becomes similar to that of non-critical liquids, where the change in the time of the
anisotropy fluctuation with changing temperature is determined mainly by the
change of the viscosity of liquids.


background image

CONCLUSION

1. In order to solve the stated tasks, we used experimental setups and methods

of study of the spectra of isotropic and anisotropic light scattering developed by us
for researches in the vicinity of the special point of solutions and near the critical
point of the phase transition in the liquid crystal. Reliable information on
frequency distribution of the intensity in the scattered light spectrum was provided
by using the frequency stabilized He-Ne laser, the high-contrast double-pass plane
Fabry-Perot interferometer, and the spherical interferometer.

2. For the first time we carried out a complex experimental investigation of the

fine structure of light scattering spectrum in aqueous solutions with the special
point in a wide range of temperatures

t

and concentrations

x

. A correlation was

revealed between the character of changing the spectrum‟s fine structure and
structural reconstructions in solutions with changing temperature and
concentration.

3. The existence of a continuous network of H-bonds was experimentally

proved in solutions of low concentration. The parameter (criterion) of its three
dimensional integrity was determined, and the limits of its destruction with
changing temperature and concentration of non-electrolyte in the solution were
defined. A change of the sign of the adiabatic compressibility derivative by
temperature dβ

S

/d

t

and concentration dβ

S

/d

x

is the criterion, which allows to

identify transitions between structurally stable states of solutions.

4. A new physical phenomenon – the negative dispersion of the hypersonic

velocity – was experimentally proved in the solution with the special point. The
possibility of the negative dispersion in liquids has been theoretically predicted by
Vladimirskiy and Ginzburg. By the experimental magnitude of the dispersion and
conclusion of Ginzburg theory (accounting the spatial contribution to the
dispersion) we estimated the correlation radius of the solution‟s structure, which
was found to be ~10 nm;

5. It was shown that an excess of spectral width of the fine structure

components of the spectrum near the special point temperature is conditioned by
the additional mechanism of hypersonic attenuation due to its non-coherent
scattering on order parameter fluctuations.

6. It was established that the dynamics of order parameter fluctuations in the

vicinity of the special point temperature of the studied solutions can be described
by Landau theory of 2nd-order phase transitions with the critical index of the
generalized susceptibility γ=1. Near the special point temperature the correlation
radius of fluctuations ξ is determined by the degree of proximity to the double
critical point, and it is ~2-3 nm in 3MP-water solution, and ~7-10 nm in acetone
water solution.

68

7. The “liquid-liquid” phase transition of structural type was experimentally

proved in 4MP-water solution below the special point temperature, as well as


background image

manifestation of this transition in temperature dependence of the frequency shift of
the fine structure components of light scattering spectra in the vicinity of the point
of transition. It was established that the dynamics of order parameter fluctuations
in “liquid-liquid” phase transition is described by Landau theory. Near the
temperature of the structural phase transition the correlation radius of fluctuations
is ~5 nm.

8. It was established that while approaching the temperature of “isotropic

liquid – liquid crystal” phase transitions, the dynamics of the narrowing of the
spectrum of anisotropic light scattering and the rise of the relaxation time of order
parameter fluctuations can be described by Landau – de Gennes theory with the
critical index of the generalized susceptibility γ=1. It was shown that the
correlation radius of order parameter fluctuations determines the limits of the
theory applicability to describe the dynamical properties of the isotropic phase.

9. It was experimentally shown that Landau – de Gennes theory describes the

dynamics of order parameter fluctuations in the temperature interval, where the
correlation radius of fluctuations ξ is 3ξ

0

≤

ξ

≤

10ξ

0

(ξ

0

≈0.6 nm is about the length of

the molecule). In the very vicinity of the phase transition temperature, where
ξ>10ξ

0

, the narrowing of the anisotropic light scattering spectrum and the

excessive rise of the relaxation time is conditioned by the crossover (from mean
field to fluctuation) character of the behaviour of dynamical properties of the
isotropic phase.

10. It was shown that the regularities of changing the spectral composition of

the scattered light near the critical and special points – 1) narrowing of the
spectrum of the anisotropic light scattering near the temperature of the phase
transition in liquid crystals, 2) excessive spectral broadening of the fine structure
components in the vicinity of the solution‟s special point, 3) singularity of the
temperature dependence of the frequency shift of fine structure components in the
vicinity of “liquid-liquid” phase transition – are conditioned by the dynamics of the
correlation radius of order parameter fluctuations, which is of the universal
character.

69

ЭЪЛОН ҚИЛИНГАН ИШЛАР РЎЙХАТИ


background image

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

LIST OF PUBLISHED WORKS

I бўлим (I часть; Part I)

1. Sabirov L.M., Semenov D.I. Induced birefringence and determination of the

time of orientational relaxation of molecules in the isotropic phase of liquid
crystals // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. Allerton Press, New York,
2005. – Vol. 12, – PP. 14–21 (No 40. ResearchGate; IF = 0.246).

2. Sabirov L.M., Semenov D.I. Induced birefringence in the isotropic phase of

cholesteric liquid crystals // Optics and Spectroscopy. Pleiades Publishing, New
York, 2006. – Vol. 101, – No 2. – PP. 299–302 (No 40. ResearchGate; IF = 0.72).

3. Sabirov L.M., Semenov D.I. Depolarized light scattering spectra of the

isotropic phase of nematic liquid crystals // Optics and Spectroscopy. Pleiades
Publishing, New York, 2006. – Vol. 100, – No 6. – PP. 877–880 (No 40.
ResearchGate; IF = 0.72).

4. Sabirov L.M., Semenov D.I. Propagation of hypersound and acoustic

relaxation in the isotropic phase of cholesteryl myristate // Acoustical Physics.
Pleiades Publishing, New York, 2006. – Vol. 52, – No 2. – PP. 207–210 (No 40.
ResearchGate; IF = 0.88).

5. Sabirov L.M., Semenov D.I. Spectroscopic and acousto-optic studies of

relaxation processes in isotropic phase of liquid crystals // Physics of Wave
Phenomena. Allerton Press, New York, 2006. – Vol. 14, – No 3. – PP. 1–29 (No
40. ResearchGate; IF = 0.39).

6. Sabirov L.M., Semenov D.I., Haidarov H.S. Temperature and concentration

dependences of the frequency shift of the Rayleigh line fine– structure components
in aqueous solutions of γ–picoline // Optics and Spectroscopy. Pleiades Publishing,
New York, 2007. – Vol. 103, – No 3. – PP. 490–495 (No 40. ResearchGate; IF =
0.72).

7. Sabirov L.M., Semenov D.I., Khaidarov Kh.S. Mandelshtam–Brillouin

scattering spectra of aqueous solutions of γ–picoline and manifestation of a phase
transition of the structural type in these spectra at low concentrations of γ–picoline
// Optics and Spectroscopy. Pleiades Publishing, New York, 2008. – Vol. 105, –
No 3. – PP. 369–376 (No 40. ResearchGate; IF = 0.72).

8. Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С. Особенности поведения

частотного смещения компонент тонкой структуры рэлеевского рассеяния
света в водном растворе γ–пиколина при различных концентрациях //
Узбекский физический журнал. Ташкент, 2009. – Том 11, – № 3. – С. 219–223
(01.00.00; № 5).

9. Сабиров Л.М., Семенов Д.И. Характер предпереходного поведения

времени релаксации флуктуаций параметра порядка в изотропной фазе
нематического жидкого кристалла МББА // Узбекский физический журнал.
Ташкент, 2009. – Том 11, – № 3. – С. 66–70 (01.00.00; № 5).


background image

70

10. Bunkin N.F., Gorelik V.S., Sabirov L.M., Semenov D.I. Influence of local

molecular ordering on the temperature behavior of the relaxation time of order
parameter fluctuations in the isotropic phase of PAA nematic liquid crystal //
Physics of Wave Phenomena. Allerton Press, New York, 2009. – Vol. 17, – No 1. –
PP. 1–11 (No 40. ResearchGate; IF = 0.39).

11. Semenov D.I. Adiabatic compressibility of the 4-methylpyridin-water

solution as a function of the temperature, concentration, and sound frequency //
Physics of Wave Phenomena. Allerton Press, New York, 2010. – Vol. 18, – No 3. –
PP. 155–158 (No 40. ResearchGate; IF = 0.39).

12. Sabirov L.M., Semenov D.I., Haidarov H.S. Dispersion of the high

frequency sound velocity in the aqueous solution of 4-methylpyridine // Physics of
Wave Phenomena. Allerton Press, New York, 2010. – Vol. 18, – No 3. – PP. 159–
163 (No 40. ResearchGate; IF = 0.39)

13. Bunkin N.F., Gorelik V.S., Sabirov L.M., Semenov D.I., Haidarov H.S.

Frequency shift of Rayleigh line fine structure components in a water solution of
4–methylpyridine as a function of temperature, concentration, and light scattering
angle // Quantum Electronics. Turpion Ltd., London, 2010. – Vol. 40, – No 9. – pp.
817–821 (No 40. ResearchGate; IF = 0.9).

14. Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С., Утарова Т.М. Влияние

гетерофункциональности

молекул

неэлектролита

на

температурную

зависимость скорости распространения гиперзвука в водных растворах //
Узбекский физический журнал. Ташкент, 2011. – Том 13, № 6. – С. 434–441
(01.00.00; № 5).

15. Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С., Исмаилов Ф.Р., Утарова

Т.М. Температурные и концентрационные зависимости скорости гиперзвука
в водных растворах 4–метилпиридина // Узбекский физический журнал.
Ташкент, 2011. – Том 13, – № 4. – С. 294–302 (01.00.00; № 5).

16. Sabirov L.M., Semenov D.I., Haidarov H.S. Concentration dependence of

the hypersonic velocity dispersion in aqueous solutions of 4–methylpyridine //
Physics of Wave Phenomena. Allerton Press, New York, 2011. – Vol. 19, – No 3. –
PP. 184–188 (No 40. ResearchGate; IF = 0.39).

17. Sabirov L.M., Semenov D.I., Utarova T.M., Haidarov H.S. Some features

of the temperature dependence of the hypersonic velocity in an aqueous solution of
tertiary butyl alcohol // Physics of Wave Phenomena. Allerton Press, New York,
2011. – Vol. 19, – No 3. – PP. 177–183 (No 40. ResearchGate; IF = 0.39).

18. Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С. Экспериментальное

наблюдение фазового перехода «жидкость–жидкость»: Тонкая структура
спектра рэлеевского рассеяния света в водных растворах неэлектролита //
Узбекский физический журнал. Ташкент, 2014. – Том 16, – № 2. – С. 138–143
(01.00.00; № 5).

19. Sabirov L.M., Semenov D.I., Haidarov H.S. Negative dispersion of high

frequency sound velocity in aqueous solutions of non-electrolyte in the vicinity of
the singular point concentration // Украинский физический журнал. Киев, 2015.


background image

– Том 60, – № 9. – С. 872–875 (01.00.00; № 51).

71

20. Sabirov L.M., Semenov D.I. Different structural states of 4-

methylpyridine-water solutions: Experimental study of the adiabatic
compressibility at the hypersonic frequency // Украинский физический журнал.
Киев, 2015. – Том 60, – № 9. – С. 868–871 (01.00.00; № 51).

II бўлим (II часть; Part II)

21. Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х. Лазерная спектроскопия

тонкой структуры рассеяния света в водном растворе γ–пиколина при
различных концентрациях // IV Конференция по физической электронике. –
2005. Нояб. 2–4. Ташкент. – C.172.

22. Сабиров Л.М., Семенов Д.И. Дифракция лазерного излучения на

акустических фононах в изотропной фазе жидких кристаллов // IV
Конференция по физической электронике. – 2005. Нояб. 2–4. Ташкент. – C.60.

23. Semenov D.I. Influence of local structuring on orientational motion of

molecules far from the transition temperature in a nematic liquid crystal // XVI
Conference on Liquid Crystals. – 2005. Sept. 18–21. Stare Jablonki, Poland. – P.81.

24. Sabirov L.M., Semenov D.I. Order parameter fluctuations in isotropic

phase of liquid crystals: Ultrasonically induced birefringence measurements // XVI
Conference on Liquid Crystals. – 2005. Sept. 18–21. Stare Jablonki, Poland. – P.82.

25. Sabirov L.M., Semenov D.I. Ultrasonic and hypersonic studies of

fluctuation ordering in isotropic phase of a cholesteric liquid crystal // XVI
Conference on Liquid Crystals. – 2005. Sept. 18–21. Stare Jablonki, Poland. – p.80.

26. Semenov D.I. Local structure and orientational modes of motion far from

the transition temperature of nematic liquid crystals // 4th International Conference
on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics. – 2005. Sept. 19–22.
Cairo, Egypt. – p.68.

27. Sabirov L.M., Semenov D.I. Analysis of complex molecular dynamics in

isotropic phase of a cholesteric liquid crystal // 4th International Conference on
Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics. – 2005. Sept. 19–22. Cairo,
Egypt. – p.67.

28. Sabirov L.M., Semenov D.I., Haidarov H.S. High-resolution Brillouin

spectroscopy of molecular structurization processes in aqueous solutions //
International Conference on Bio-Nanotechnology: Future Prospects in the
Emirates. – 2006. Nov. 18–21. Al Ain, United Arabian Emirates. – p.78–80.

29. Сабиров Л.М., Семенов Д.И. Характер предпереходного поведения

времени релаксации флуктуаций параметра порядка в изотропной фазе
нематических жидких кристаллов // III Международная конференция по
молекулярной спектроскопии. – 2006. Май 29–31. Самарканд. – C.37.


background image

72

30. Sabirov L.M., Semenov D.I., Haydarov H.S. Negative dispersion of

hypersonic velocity in aqueous solution of gamma-picoline // 16th Symposium on
Thermophysical Properties. – 2006. Jul. 30 – Aug. 4. Boulder, USA. – p.116

31. Sabirov L.M., Semenov D.I., Haidarov H.S. Behavior of hypersonic

velocity in aqueous solution of gamma-picoline at various concentrations // 16th
Symposium on Thermophysical Properties. – 2006. Jul. 30 – Aug. 4. Boulder,
USA. – p.114.

32. Sabirov L.M., Semenov D.I. Ultrasonic and hypersonic studies of complex

molecular dynamics in isotropic phase of a cholesteric liquid crystal // 16th
Symposium on Thermophysical Properties. – 2006. Jul. 30 – Aug. 4. Boulder,
USA. – p.113.

33. Semenov D.I. On some peculiarities of pre-transitional behavior of the

relaxation time of order parameter fluctuations in isotropic phase of nematic liquid
crystals // 16th Symposium on Thermophysical Properties. – 2006. Jul. 30 – Aug.
4. Boulder, USA. – p.115.

34. Семенов Д.И. Спектры деполяризованного рассеяния света в

изотропной фазе нематического жидкого кристалла ПАА // IV Республика
илмий–назарий конференцияси «Хозирги замон физикасининг долзарб
муаммолари». – 2008. Нояб. 7–8. Термез. – C.47.

35. Семенов Д.И. Температурное поведение времени релаксации

флуктуаций параметра порядка в изотропной фазе нематического жидкого
кристалла МББА // Республиканская конференция "Оптические методы в
современной физике". – 2008. Май 7–8. Ташкент. – C.58.

36. Семенов Д.И. Взаимодействие лазерного излучения и акустических

фононов в изотропной фазе жидких кристаллов // «Современные проблемы
физики и физическое образование». – 2009. Дек. 11–12. Самарканд. – С.62.

37. Семенов Д.И. О пределах применимости теории Ландау – де Жена для

описания динамических характеристик изотропной фазы нематических
жидких кристаллов // «Современные проблемы физики и физическое
образование». – 2009. Дек. 11–12. Самарканд. – С.22.

38. Сабиров Л.М., Семенов Д.И. Температурная зависимость скорости

распространения высокочастотного звука в растворе ацетон–вода // 7–я
Всероссийская конференция «Необратимые процессы в природе и технике. –
2013. Янв. 29–31. Москва. – C.292–295.

39. Семенов Д.И., Исмаилов Ф.Р., Хайдаров Х.С. Особенности

концентрационной зависимости дисперсии скорости гиперзвука в водных
растворах

4–метилпиридина

//

7–я

Всероссийская

конференция

«Необратимые процессы в природе и технике. – 2013. Янв. 29–31. Москва. –
C.167–170.

40. Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С. Тонкая структура спектра

рэлеевского рассеяния света в водных растворах неэлектролита и


background image

экспериментальное наблюдение структурных фазовых переходов в жидкости
// 2–я международная конференция «Оптика и Фотоника – 2013». – 2013.
Сент. 25–27. Самарканд. – С.167–171.

73

41. Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С. Рассеяние света

Мандельштама–Бриллюэна и дисперсия скорости гиперзвука в растворах с
особой точкой // 2–я международная конференция «Оптика и Фотоника –
2013». – 2013. Сент. 25–27. Самарканд. – С.172–176.

42. Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С. Обнаружение

структурных фазовых переходов в жидкостях по спектрам тонкой структуры
рэлеевского рассеяния света в водных растворах неэлектролита // 6–я
международная конференция по физической электронике IPEC–6. – 2013.
Окт. 23–25. Ташкент. – C.221–223.

43. Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С. Микронеоднородное

строение

водных

растворов

неэлектролита

и

экспериментальное

обнаружение отрицательной дисперсии скорости гиперзвука // 6–я
международная конференция по физической электронике IPEC–6. – 2013.
Окт. 23–25. Ташкент. – C.213–215.

44. Sabirov L.M., Semenov D.I., Haidarov H.S. Nano-scale structuring

processes in aqueous solutions of non-electrolyte: High resolutions laser
spectroscopy of Brillouin scattering // 7th International Conference on Laser
Probing. – 2015. Jun. 7 – 10. East Lansing, USA. – p.40.


background image

74

Автореферат “Тил ва адабиѐт таълими” журнали таҳририятида таҳрирдан

ўтказилди (12.04.2016 йил)


background image

Босишга рухсат этилди: 12.05.2016 йил

Бичими 60х84

1

/

16

, «Times New Roman»

гарнитурада рақамли босма усулида босилди.

Шартли босма табоғи 5. Адади: 100. Буюртма: № _____.

Ўзбекистон Республикаси ИИВ Академияси,

100197, Тошкент, Интизор кўчаси, 68

«АКАДЕМИЯ НОШИРЛИК МАРКАЗИ» ДУК

75

Библиографические ссылки

Sabirov L.M., Semenov D.L Induced birefringence and determination of the time of orientational relaxation of molecules in the isotropic phase of liquid crystals // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. Allerton Press, New York, 2005. - Vol. 12, - PP. 14-21 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.246).

Sabirov L.M., Semenov D.I. Induced birefringence in the isotropic phase of cholesteric liquid crystals // Optics and Spectroscopy. Pleiades Publishing, New York, 2006. - Vol. 101, - No 2. - PP. 299-302 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.72).

Sabirov L.M., Semenov D.I. Depolarized light scattering spectra of the isotropic phase of nematic liquid crystals // Optics and Spectroscopy. Pleiades Publishing, New York, 2006. - Vol. 100, - No 6. - PP. 877-880 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.72).

Sabirov L.M., Semenov D.I. Propagation of hypersound and acoustic relaxation in the isotropic phase of cholesteryl myristate // Acoustical Physics. Pleiades Publishing, New York, 2006. - Vol. 52, - No 2. - PP. 207-210 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.88).

Sabirov L.M., Semenov D.I. Spectroscopic and acousto-optic studies of relaxation processes in isotropic phase of liquid crystals // Physics of Wave Phenomena. Allerton Press, New York, 2006. - Vol. 14, - No 3. - PP. 1-29 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.39).

Sabirov L.M., Semenov D.L, Haidarov H.S. Temperature and concentration dependences of the frequency shift of the Rayleigh line fine-structure components in aqueous solutions of y-picoline // Optics and Spectroscopy. Pleiades Publishing, New York, 2007. - Vol. 103, - No 3. - PP. 490-495 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.72).

Sabirov L.M., Semenov D.L, Khaidarov Kh.S. Mandelshtam-Brillouin scattering spectra of aqueous solutions of y-picolinc and manifestation of a phase transition of the structural type in these spectra at low concentrations of y-picolinc // Optics and Spectroscopy. Pleiades Publishing, New York, 2008. - Vol. 105, -No 3. - PP. 369-376 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.72).

Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров X.C. Особенности поведения частотного смещения компонент тонкой структуры рэлеевского рассеяния света в водном растворе у-пиколина при различных концентрациях // Узбекский физический журнал. Ташкент, 2009. - Том 11, - № 3. - С. 219-223 (01.00.00; №5).

Сабиров Л.М., Семенов Д.И. Характер предпереходного поведения времени релаксации флуктуаций параметра порядка в изотропной фазе нематического жидкого кристалла МВБ А // Узбекский физический журнал. Ташкент, 2009. - Том 11, -№ 3. - С. 66-70 (01.00.00; № 5).

Bunkin N.F., Gorelik V.S., Sabirov L.M., Semenov D.L Influence of local molecular ordering on the temperature behavior of the relaxation time of orderparameter fluctuations in the isotropic phase of PAA nematic liquid crystal // Physics of Wave Phenomena. Allerton Press, New York, 2009. - Vol. 17, - No 1.

- PP. 1-11 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.39).

Semenov D.L Adiabatic compressibility of the 4-mcthylpyridin-water solution as a function of the temperature, concentration, and sound frequency // Physics of Wave Phenomena. Allerton Press, New York, 2010. - Vol. 18, - No 3.

- PP. 155-158 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.39).

Sabirov L.M., Semenov D.L, Haidarov H.S. Dispersion of the high-frequency sound velocity in the aqueous solution of 4-mcthylpyridinc // Physics of Wave Phenomena. Allerton Press, New York, 2010. - Vol. 18, - No 3. - PP. 159— 163 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.39)

Bunkin N.F., Gorelik V.S., Sabirov L.M., Semenov D.L, Haidarov H.S. Frequency shift of Rayleigh line fine structure components in a water solution of 4-mcthylpyridine as a function of temperature, concentration, and light scattering angle // Quantum Electronics. Turpion Ltd., London, 2010. - Vol. 40, - No 9. - pp. 817-821 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.9).

Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров X.C., Утарова Т.М. Влияние гетерофункциональности молекул неэлектролита на температурную зависимость скорости распространения гиперзвука в водных растворах // Узбекский физический журнал. Ташкент, 2011. - Том 13, № 6. - С. 434^441 (01.00.00; №5).

Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С., Исмаилов Ф.Р., Утарова Т.М. Температурные и концентрационные зависимости скорости гиперзвука в водных растворах 4-метилпиридина // Узбекский физический журнал. Ташкент, 2011.-Том 13, -№4. -С. 294-302 (01.00.00; № 5).

Sabirov L.M., Semenov D.L, Haidarov H.S. Concentration dependence of the hypersonic velocity dispersion in aqueous solutions of 4-mcthylpyridine // Physics of Wave Phenomena. Allerton Press, New York, 2011.-Vol. 19,-No3.

- PP. 184-188 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.39).

Sabirov L.M., Semenov D.L, Utarova T.M., Haidarov H.S. Some features of the temperature dependence of the hypersonic velocity in an aqueous solution of tertiary butyl alcohol // Physics of Wave Phenomena. Allerton Press, New York, 2011,- Vol. 19, - No 3. - PP. 177-183 (No 40. RcsearchGate; IF = 0.39).

Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров X.C. Экспериментальное наблюдение фазового перехода «жидкость-жидкость»: Тонкая структура спектра рэлеевского рассеяния света в водных растворах неэлектролита // Узбекский физический журнал. Ташкент, 2014.- Том 16,-№2.-С. 138-143 (01.00.00; №5).

Sabirov L.M., Semenov D.L, Haidarov H.S. Negative dispersion of high-frequency sound velocity in aqueous solutions of non-electrolyte in the vicinity of the singular point concentration // Украинский физический журнал. Киев, 2015.- Том 60, - № 9. - С. 872-875 (01.00.00; № 51).

Sabirov L.M., Semenov D.L Different structural states of 4-mcthylpyridinc-water solutions: Experimental study of the adiabatic compressibility at the hypersonic frequency // Украинский физический журнал. Киев, 2015.-Том 60,-№9.-С. 868-871 (01.00.00; № 51).

Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров X. Лазерная спектроскопия тонкой структуры рассеяния света в водном растворе у-пиколина при различных концентрациях // IV Конференция по физической электронике. -2005. Нояб. 2-4. Ташкент. - С. 172.

Сабиров Л.М., Семенов Д.И. Дифракция лазерного излучения на акустических фононах в изотропной фазе жидких кристаллов // IV Конференция по физической электронике. - 2005. Нояб. 2-4. Ташкент. -С.60.

Semenov D.I. Influence of local structuring on orientational motion of molecules far from the transition temperature in a nematic liquid crystal // XVI Conference on Liquid Crystals. - 2005. Sept. 18-21. Stare Jablonki, Poland. -P.81.

Sabirov L.M., Semenov D.I. Order parameter fluctuations in isotropic phase of liquid crystals: Ultrasonically induced birefringence measurements // XVI Conference on Liquid Crystals. - 2005. Sept. 18-21. Stare Jablonki, Poland. -P.82.

Sabirov L.M., Semenov D.I. Ultrasonic and hypersonic studies of fluctuation ordering in isotropic phase of a cholesteric liquid crystal // XVI Conference on Liquid Crystals. - 2005. Sept. 18-21. Stare Jablonki, Poland. -p.80.

Semenov D.L Local structure and orientational modes of motion far from the transition temperature of nematic liquid crystals // 4th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics. - 2005. Sept. 19-22. Cairo, Egypt. - p.68.

Sabirov L.M., Semenov D.L Analysis of complex molecular dynamics in isotropic phase of a cholesteric liquid crystal // 4th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics. - 2005. Sept. 19-22. Cairo, Egypt. - p-67.

Sabirov L.M., Semenov D.L, Haidarov H.S. High-resolution Brillouin spectroscopy of molecular structurization processes in aqueous solutions // International Conference on Bio-Nanotechnology: Future Prospects in the Emirates. - 2006. Nov. 18-21. Al Ain, United Arabian Emirates. - p.78-80.

Сабиров Л.М., Семенов Д.И. Характер предпереходного поведения времени релаксации флуктуаций параметра порядка в изотропной фазе нематических жидких кристаллов // III Международная конференция по молекулярной спектроскопии. - 2006. Май 29-31. Самарканд. - С.37.

Sabirov L.M., Semenov D.L, Haydarov H.S. Negative dispersion of hypersonic velocity in aqueous solution of gamma-picoline // 16th Symposium on Thermophysieal Properties. - 2006. Jul. 30 - Aug. 4. Boulder, USA. - p.l 16

Sabirov L.M., Semenov D.L, Haidarov H.S. Behavior of hypersonic velocity in aqueous solution of gamma-picoline at various concentrations // 16th Symposium on Thermophysieal Properties. - 2006. JuL 30 - Aug. 4. Boulder, USA.-p.l 14.

Sabirov L.M., Semenov D.L Ultrasonic and hypersonic studies of complex molecular dynamics in isotropic phase of a cholesteric liquid crystal // 16th Symposium on Thermophysieal Properties. - 2006. JuL 30 - Aug. 4. Boulder, USA.-p.l 13.

Semenov D.L On some peculiarities of pre-transitional behavior of the relaxation time of order parameter fluctuations in isotropic phase of nematic liquid crystals // 16th Symposium on Thermophysieal Properties. - 2006. JuL 30 - Aug. 4. Boulder, USA. -p.l 15.

Семенов Д.И. Спектры деполяризованного рассеяния света в изотропной фазе нематического жидкого кристалла ПАА // IV Республика илмий-назарий конференцияси «Хозирги замон физикасининг долзарб муаммолари». - 2008. Нояб. 7-8. Термез. - С.47.

Семенов Д.И. Температурное поведение времени релаксации флуктуаций параметра порядка в изотропной фазе нематического жидкого кристалла МББА // Республиканская конференция "Оптические методы в современной физике". - 2008. Май 7-8. Ташкент. - С.58.

Семенов Д.И. Взаимодействие лазерного излучения и акустических фононов в изотропной фазе жидких кристаллов // «Современные проблемы физики и физическое образование». - 2009. Дек. 11-12. Самарканд. - С.62.

Семенов Д.И. О пределах применимости теории Ландау - де Жена для описания динамических характеристик изотропной фазы нематических жидких кристаллов // «Современные проблемы физики и физическое образование». - 2009. Дек. 11-12. Самарканд. - С.22.

Сабиров Л.М., Семенов Д.И. Температурная зависимость скорости распространения высокочастотного звука в растворе ацетон-вода И 1-я Всероссийская конференция «Необратимые процессы в природе и технике. -2013. Янв. 29-31. Москва. - С.292-295.

Семенов Д.И., Исмаилов Ф.Р., Хайдаров Х.С. Особенности

концентрационной зависимости дисперсии скорости гиперзвука в водных растворах 4-метилпиридина // 7-я Всероссийская конференция

«Необратимые процессы в природе и технике. - 2013. Янв. 29-31. Москва. -С. 167-170.

Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С. Тонкая структура спектра рэлеевского рассеяния света в водных растворах неэлектролита и экспериментальное наблюдение структурных фазовых переходов в жидкости // 2-я международная конференция «Оптика и Фотоника - 2013». - 2013. Сент. 25-27. Самарканд. - С.167-171.

Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С. Рассеяние света Мандельштама-Бриллюэна и дисперсия скорости гиперзвука в растворах с особой точкой И 2-я международная конференция «Оптика и Фотоника -2013». - 2013. Сент. 25-27. Самарканд. - С.172-176.

Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С. Обнаружение структурных фазовых переходов в жидкостях по спектрам тонкой структуры рэлеевского рассеяния света в водных растворах неэлектролита // 6-я международная конференция по физической электронике IPEC-6. - 2013. Окт. 23-25. Ташкент. - С.221-223.

Сабиров Л.М., Семенов Д.И., Хайдаров Х.С. Микронеоднородное строение водных растворов неэлектролита и экспериментальное обнаружение отрицательной дисперсии скорости гиперзвука // 6-я международная конференция по физической электронике IPEC-6. - 2013. Окт. 23-25. Ташкент. - С.213-215.

Sabirov L.M., Semenov D.L, Haidarov H.S. Nano-scale structuring processes in aqueous solutions of non-clcctrolyte: High resolutions laser spectroscopy of Brillouin scattering // 7th International Conference on Laser Probing. - 2015. Jun. 7-10. East Lansing, USA. - p.40.

inLibrary — это научная электронная библиотека, построенная на парадигме открытой науки (Open Science), основными задачами которой является популяризация науки и научной деятельности, общественный контроль качества научных публикаций, развитие междисциплинарных исследований, современного института научной рецензии, повышение цитируемости узбекской науки и построение инфраструктуры знаний.

КОНТАКТЫ:

Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул.Паркент 51, этаж 2

(+998) 99-006-61-10

info@inscience.uz

НАВИГАЦИЯ:

Журналы
Конференции
Организации
Авторы
Блог
Контакты
© Copyright 2025 in Science All Rights Reserved | Developed by in Science | Site create by in Designer