Метод конечных элементов высокого порядка точности для решения двухмерных эллиптических краевых задач двух и трёх тождественных атомов на прямой

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассмотрены модели трёх одинаковых атомов на прямой с парным молекулярным взаимодействием и рассеяние двухатомной молекулы на атоме или её туннелирования через потенциальные барьеры. Модели сформулированы в виде двумерных эллиптических краевых задач (КЗ) в координатах Якоби и полярных координатах. КЗ в координатах Якоби решаются методом конечных элементов высокого порядка точности для дискретного спектра рассматриваемых моделей. Для решения задач рассеяния КЗ в полярных координатах с помощью метода Канторовича сводится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка по радиальной переменной с использованием разложения искомых решений по набору угловых базисных функций, параметрически зависящих от радиальной переменной. Эффективность разработанного метода, алгоритмов и программ демонстрируется путём эталонных расчётов резонансного рассеяния, метастабильных и связанных состояний рассматриваемых моделей, а также путём сравнения результатов для связанных состояний трёх атомных систем в рамках прямого решения КЗ методом конечных элементов и редукции Канторовича.

Об авторах

Александр Александрович Гусев

Лаборатория информационных технологий Объединённый институт ядерных исследований

Автор, ответственный за переписку.
Email: gooseff@jinr.ru

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории информационных технологий Объединённого института ядерных исследований

ул. Жолио-Кюри, д. 6, г. Дубна, Московской обл., 141980, Россия

Список литературы

  1. P. Ciarlet, The Finite Element Method for Elliptic Problems, North-holland Publ. Comp, Amsterdam, 1978. doi: 10.1137/1.9780898719208.
  2. V. G. Korneev, Schemes of the Finite Element Method for High Orders of Accuracy, Leningrad State University, Leningrad, 1977, in Russian.
  3. A. A. Gusev, V. P. Gerdt, O. Chuluunbaatar, G. Chuluunbaatar, S. I. Vinitsky, V. L. Derbov, A. Go´´zd´z, Symbolic-Numerical Algorithm for Generating Interpolation Multivariate Hermite Polynomials of High-Accuracy Finite Element Method, Lecture Notes in Computer Science 10490 (2017) 134-150. doi: 10.1007/978-3-319-66320-3 11.
  4. A. A. Gusev, S. I. Vinitsky, O. Chuluunbaatar, G. Chuluunbaatar, V. P. Gerdt, V. L. Derbov, A. Go´´zd´z, P. M. Krassovitskiy, High-Accuracy Finite Element Method: Benchmark Calculations, European Physics Journal - Web of Conferences 173 (2018) 03009.
  5. A. A. Gusev, S. I. Vinitsky, O. Chuluunbaatar, G. Chuluunbaatar, V. P. Gerdt, V. L. Derbov, A. Go´´zd´z, P. M. Krassovitskiy, Interpolation Hermite Polynomials For Finite Element Method, European Physics Journal - Web of Conferences 173 (2018) 03010.
  6. A. A. Gusev, S. I. Vinitsky, O. Chuluunbaatar, G. Chuluunbaatar, V. P. Gerdt, V. L. Derbov, A. Go´´zd´z, P. M. Krassovitskiy, Algorithm for calculating interpolation hermite polynomials for high-accuracy finite element method, in: Computer Algebra: International Conference Materials, Plekhanov Russian University of Economics, 2017, pp. 89-95.
  7. A. A. Gusev, V. P. Gerdt, O. Chuluunbaatar, G. Chuluunbaatar, S. I. Vinitsky, V. L. Derbov, A. G´o´zd´z, Symbolic-Numerical Algorithms for Solving the Parametric SelfAdjoint 2D Elliptic Boundary-Value Problem Using High-Accuracy Finite Element Method, Lecture Notes in Computer Science 10490 (2017) 151-166. doi: 10.1007/9783-319-66320-3 12.
  8. A. A. Gusev, L. L. Hai, O. Chuluunbaatar, S. I. Vinitsky, Program KANTBP 4M for Solving Boundary-Value Problems for Systems of Ordinary Differential Equations of the Second Order. URL http://wwwinfo.jinr.ru/programs/jinrlib/kantbp4m
  9. A. A. Gusev, O. Chuluunbaatar, S. I. Vinitsky, A. G. Abrashkevich, KANTBP 3.0: New version of a Program for Computing Energy Levels, Reflection and Transmission Matrices, and Corresponding Wave Functions in the Coupled-Channel Adiabatic Approach, Computer Physics Communications 185 (2014) 3341-3343. doi: 10.1016/j.cpc.2014.08.002.
  10. O. Chuluunbaatar, A. A. Gusev, S. I. Vinitsky, A. G. Abrashkevich, ODPEVP: A Program for Computing Eigenvalues and Eigenfunctions and Their First Derivatives with Respect to the Parameter of the Parametric Self-Adjoined Sturm- Liouville Problem, Computer Physics Communications 180 (2009) 1358-1375. doi: 10.1016/j.cpc.2009.04.017.
  11. A. A. Gusev, O. Chuluunbaatar, S. I. Vinitsky, V. L. Derbov, Algorithms for Solving the Boundary-Value Problems for Atomic Trimers in Collinear Configuration using the Kantorovich Method, Bulletin of Peoples’ Friendship University of Russia. Series: Mathematics. Information Sciences. Physics (4) (2016) 56-76.
  12. J. F. Cornwell, Group Theory in Physics, Academic Press, New York, 1984.
  13. P. M. Krassovitskiy, F. M. Pen’kov, Contribution of Resonance Tunneling of Molecule to Physical Observables, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 47 (22) (2014) 225210. doi: 10.1088/0953-4075/47/22/225210.
  14. J. Wang, G. Wang, J. Zhao, Density Functional Study of Beryllium Clusters, with Gradient Correction, Journal of Physics: Condensed Matter 13 (33) (2001) L753-L758. doi: 10.1088/0953-8984/13/33/101.
  15. L. J. Lauhon, W. Ho, Direct Observation of the Quantum Tunneling of Single Hydrogen Atoms with a Scanning Tunneling Microscope, Physical Review Letters 85 (2000) 4566-4569. doi: 10.1103/PhysRevLett.85.4566.
  16. L. V. Kantorovich, V. I. Krylov, Approximate Methods of Higher Analysis, Wiley, New York, 1964.
  17. M. Abramovits, I. A. Stegun, Handbook of Mathematical Functions, Dover, New York, 1972.
  18. R. G. Newton, Analytic Properties of Radial Wave Functions, Journal of Mathematical Physics 1 (1960) 319-348. doi: 10.1063/1.1703680.
  19. A. A. Gusev, S. I. Vinitsky, O. Chuluunbaatar, V. L. Derbov, A. G´o´zd´z, P. M. Krassovitskiy, Metastable States of a Composite System Tunneling through Repulsive Barriers, Theoretical and Mathematical Physics 186 (2016) 21-40. doi: 10.1134/S0040577916010037.
  20. A. A. Gusev, O. Chuluunbaatar, S. I. Vinitsky, V. L. Derbov, A. G´o´zd´z, L. L. Hai, V. A. Rostovtsev, Symbolic-Numerical Solution of Boundary-Value Problems with Self-Adjoint Second-Order Differential Equation using the Finite Element Method with Interpolation Hermite Polynomials, Lecture Notes in Computer Science 8660 (2014) 138-154. doi: 10.1007/978-3-319-10515-4 11.
  21. I. V. Puzynin, T. L. Boyadjiev, S. I. Vinitsky, E. V. Zemlyanaya, T. P. Puzynina, O. Chuluunbaatar, Methods of Computational Physics for Investigation of Models of Complex Physical Systems, Physics of Particles and Nuclei 38 (2007) 70-116. doi: 10.1134/S1063779607010030.
  22. E. Pijper, A. Fasolino, Quantum Surface Diffusion of Vibrationally Excited Molecular Dimers, Journal of Chemical Physics 126 (2007) 014708. doi: 10.1063/1.2424699.
  23. A. V. Mitin, Unusual Chemical Bonding in the Beryllium Dimer and its Twelve Vibrational Levels, Chemical Physics Letters 682 (2017) 30-33. doi: 10.1016/j.cplett.2017.05.071.
  24. J. M. Merritt, V. E. Bondybey, M. C. Heaven, Beryllium Dimer-Caught in the Act of Bonding, Science 324 (2009) 1548-1551. doi: 10.1126/science.1174326.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).