Фазовые переходы и сопутствующие явления в простых системах связанных атомов

В кластерах и макроскопических системах связанных атомов с парным взаимодействием реализуются два типа возбуждений: конфигурационное, обусловленное изменением конфигурации атомов, и тепловое, за счет колебаний атомов. Конфигурационное возбуждение ответственно за фазовые переходы и может быть рассмотрено как переход из глобального минимума поверхности потенциальной энергии атомов в многомерном пространстве координат атомов к ее локальным минимумам. С этой точки зрения рассмотрены различные аспекты агрегатных состояний кластеров, включая сосуществование жидкой и твердой фаз кластера, точку замерзания как температуру перехода из метастабильного состояния жидкости в нестабильное состояние, стеклообразные состояния как нестабильные конфигурационно возбужденные состояния с большим временем жизни, фазовый переход при высоких давлениях, когда атомы твердого состояния образуют кристаллическую решетку. Концепция пустот как элементарных конфигурационных возбуждений макроскопической системы атомов, которые связаны с локальными минимумами поверхности потенциальной энергии, позволяет рассматривать переход из стеклообразного в твердое состояние и рост ядер новой фазы в конденсированном веществе как результат переноса пустот. Анализируется степень нарушения термодинамики для кластеров и макроскопических систем вблизи фазового перехода. Показано, что тепловое движение атомов дает существенный вклад в изменение энтропии при фазовом переходе, что делает применимым критерий Линдемана и подобные критерии фазового перехода, использующие параметры теплового движения атомов, хотя природа фазового перехода связана с конфигурационным возбуждением.