Нелинейная динамика зигзагообразных молекулярных цепей

Рассматриваются нелинейные коллективные возбуждения солитонного типа в зигзагообразных молекулярных цепях. Показано, что переход от одномерной модели прямолинейной цепи к более реалистичной плоской модели зигзагообразной цепи приводит к резкому изменению характера нелинейной динамики. Появляется новый важный фактор — геометрический ангармонизм, обусловленный геометрией цепи. Возможность существования солитонов в этом случае зависит от соотношения физического ангармонизма междоузельного взаимодействия и геометрического ангармонизма, которые имеют противоположные знаки. Рассмотрены три наиболее характерных типа зигзагообразных цепей: двумерная модель альфа-спирали, трансзигзаг полиэтилена и зигзагообразная цепь водородных связей. Анализ нелинейной динамики зигзагообразных цепей показал, что зигзагообразная структура накладывает существенные ограничения на динамику солитонов (возможны только конечные, относительно узкие, сверхзвуковые интервалы скоростей солитонов) и может приводить к существованию в цепи сразу нескольких типов акустических солитонов (одновременно могут существовать солитоны растяжения и сжатия). Поэтому учет геометрии цепи необходим для выявления возможности описания физических явлений на языке уединенных волн.