Propiedades difusivas de partículas coloidales cargadas en confinamiento cuasi-unidimensional

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i12.20595

Palabras clave:

Difusión; Coloides; Single-File

Resumen

Las propiedades de difusión de los cristales coloidales en un canal cuasi unidimensional se estudian mediante simulaciones numéricas. Para estudiar la influencia de la interacción atractiva entre partículas, se introdujo como un parámetro adimensional artificial β en el término atractivo del potencial de interacción. Cambiando el valor de β, podemos sintonizar el efecto de atracción entre partículas. Mostramos que las partículas cargadas pueden cambiar su movilidad y el exponente de difusión de un sistema similar a una cadena. La variación en la difusión del exponente se puede inducir sintonizando la parte atractiva del potencial de interacción, lo que hace posible la existencia de regímenes de difusión entre la difusión en una sola fila (SFD) y la difusión normal, sin cambiar la fuerza del confinamiento. Se modificó la estequiometría del sistema, imponiendo partículas en diferentes arreglos en pequeños racimos, lo que varía el comportamiento difusivo. Si la estequiometría es diferente de 1:1, es posible tener partículas con cargas iguales pero con diferentes movilidades. Otra observación importante es que el desplazamiento cuadrático medio (MSD) para diferentes cargas es diferente para diferentes valores.

Citas

Carvalho, J. C. N., Ferreira, W. P., Farias G. A., & Peeters, F. M. (2011). Yukawa particles confined in a channel and subject to a periodic potential: Ground state and normal modes. Phys. Rev. B 83(9), 094109. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.094109

Carvalho, J. C. N., Nelissen, K., Ferreira, W. P., Farias G. A., & Peeters, F. M. (2012). Diffusion in a quasi-one-dimensional system on a periodic substrate. Phys. Rev. E 85(2), 021136. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.85.021136

Coupier, G., Jean, M. S., & Guthmann, C. (2006). Single file diffusion in macroscopic Wigner rings. Phys. Rev. E 73(3), 031112. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.73.031112

Delfau, J.-B., Coste, C., & Saint Jean, M. (2011). Single-file diffusion of particles with long-range interactions: Damping and finite-size effects. Phys. Rev. E 84(1), 011101. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.84.011101

Doyle, D. A., Cabral, J. M., Pfuetzner, A. K., Gulbis, J. M., Cohen, S. L, Chait, B. T., & MacKinnon, R. (1998). The Structure of the Potassium Channel: Molecular Basis of K+ Conduction and Selectivity. Science 280(5360), 69-77. https://doi.org/10.1126/science.280.5360.69

Ferreira, W. P., Carvalho, J. C. N., Oliveira, P. W. S., Farias G. A., & Peeters, F. M. (2008). Structural and dynamical properties of a quasi-one-dimensional classical binary system. Phys. Rev. B 77(1), 014112. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.014112

Frenkel, D., & Smit, B. (2002). Understanding Molecular Simulation: from algorithms to application: Amsterdam: Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-267351-1.X5000-7.

Galvan-Moya, J. E., Lucena, D., Ferreira, W. P., & Peeters, F. M. (2014). Magnetic particles confined in a modulated channel: Structural transitions tunable by tilting a magnetic field. Phys. Rev. E 89(3), 032309. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.89.032309

Gillespie, D. T. (1996). Exact numerical simulation of the Ornstein-Uhlenbeck process and its integral. Phys. Rev. E 54(2), 2084. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.54.2084

Gillespie, D. T. (1996). The mathematics of Brownian motion and Johnson noise. Am. J. Phys. 64(3), 225. https://doi.org/10.1119/1.18210

Harris, E. T. (1965). Diffusion with “collisions” between particles. J. Appl. Probab 2(2), 323-338. https://doi.org/10.2307/3212197

Hernandez, J. A., & Fischbarg, J. (1992). Kinetic analysis of water transport through a single-file pore. J. Gen. Physiol. 99(4), 645-662. https://doi.org/10.1085/jgp.99.4.645

Kollmann, M. (2003). Single-file Diffusion of Atomic and Colloidal Systems: Asymptotic Laws. Phys. Rev. Letters 90(18), 180602. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.180602

Konig, H., Hund, R., Zahn, K., & Maret, G. (2005). Experimental realization of a model glass former in 2D. Eur. Phys. J. E 18, 287-293. https://doi.org/10.1140/epje/e2005-00034-9

Leunissen, M. E., Christova, C. G., Hynninen, A. P., Royall, C. P., Campbell, A. I., Imhof, A., Dijkstra, M., van Roji, R., & van Blaaderen, A. (2005). Ionic colloidal crystals of oppositely charged particles. Nature (London) 437, 235-240. https://doi.org/10.1038/nature03946

Lucena, D., Galvan-Moya, J. E., Ferreira, W. P., & Peeters, F. M. (2014). Single-file and normal diffusion of magnetic colloids in modulated channels. Phys. Rev. E 89(3), 032306. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.89.032306

Lucena, D., Tkachenko, D. V., Nelissen, K., Misko, V. R., Ferreira, W. P., Farias, G. A., & Peeters, F. M. (2012). Transition from single-file to two-dimensional diffusion of interacting particles in a quasi-one-dimensional channel. Phys. Rev. E 85(3), 031147. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.85.031147

Meier M. W., & Olsen, H. D. (1989). Atlas of Zeolite framework types (second revised edition). Structure Commission of the international Zeolite Association 35(5), 875-875. https://doi.org/10.1002/aic.690350523

Morais-Cabral, J. H., Zhou, Y., & MacKinnon, R. (2001). Energetic optimization of ion conduction rate by the K+ selectivity filter. Nature 414, 37-42. https://doi.org/10.1038/35102000

Nelissen, K., Misko, V. R., & Peeters, F. M. (2007). Single-file diffusion of interacting particles in a one-dimensional channel. Europhys. Lett. 80(5), 56004. https://doi.org/10.1209/0295-5075/80/56004

Shevchenko, E. V., Talapin, D. V., Kotov, N. A., O'Brien, S., & Murray, C. B. (2006). Structural diversity in binary nanoparticle superlattices. Nature (London) 439, 55-59. https://doi.org/10.1038/nature04414

Wei, Q.-H., Bechinger, C., & Leiderer, P. (2000). Single-File Diffusion of Colloids in One-Dimensional Channels. Science 287(5453), 625-627. 10.1126/science.287.5453.625

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Publicado

25/09/2021

Cómo citar

LEITE, L. R. .; ARAÚJO, J. L. . B. de .; XAVIER, L. J. P. .; BESSA, V. H. L. .; CARVALHO, J. C. N.; CAMARÃO, D. de L. . Propiedades difusivas de partículas coloidales cargadas en confinamiento cuasi-unidimensional. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 12, p. e403101220595, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i12.20595. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/20595. Acesso em: 4 ene. 2025.

Número

Vol. 10 Núm. 12

Sección

Ciencias Exactas y de la Tierra

Licencia

Derechos de autor 2021 Levi Rodrigues Leite; Jorge Luiz Bezerra de Araújo; Leandro Jader Pitombeira Xavier; Vagner Henrique Loiola Bessa; João Cláudio Nunes Carvalho; Diego de Lucena Camarão

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