Молекулярний ротор як високотемпературний броунівський мотор
The aim of the present work is to develop a theory of high-temperature polar molecular rotors, the rotation of which is initiated by an external alternating electric field. Such rotors can be considered as Brownian motors in the sense that a unidirectional translatory motion of motor particles is si...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/405 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543883496783872 |
|---|---|
| author | Tsomyk, O. Ye. Korochkova, T. Ye. Rozenbaum, V. M. |
| author_facet | Tsomyk, O. Ye. Korochkova, T. Ye. Rozenbaum, V. M. |
| author_sort | Tsomyk, O. Ye. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:15:22Z |
| description | The aim of the present work is to develop a theory of high-temperature polar molecular rotors, the rotation of which is initiated by an external alternating electric field. Such rotors can be considered as Brownian motors in the sense that a unidirectional translatory motion of motor particles is similar to the unidirectional rotation of moving part of a rotor; that allows using, at calculations, the high-temperature theory of Brownian motors. The potential energy of a rotating particle, as a function of time and rotation angle, is represented in additive-multiplicative form. The approximation of the two first harmonics suffices to describe a smooth potential profile. Indeed, they are the minimum number of harmonics to simulate the asymmetry of the potential relief and to describe molecular rotors since the first harmonic is conditioned by the interaction of the rotor with the alternating field and the second one – by the potential of hindered rotation. With these conditions, the velocity of rotation of polar molecular rotors is calculated, and the analytical dependences of the velocity on the parameters of the model is analyzed for the two cases of time dependence of the applied alternating electric field, harmonic and stepped. It is shown that, at a stepped change of an alternating electric field, the values of the angular velocity are higher, for any frequency of the applied field, than those at a harmonic change, and a dichotomic mode of the electric field changing is generally more efficient one, resulting in the optimal mode of rotor operation. Moreover, there exists a qualitative difference, in the low-frequency asymptotics of the rotor velocity, between harmonic and stepwise external field: the average velocity of rotation is proportional to the square of the field modulation frequency in the former case, and it is the linear function of the frequency in the later case. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:32:49Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-405 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:42Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4052022-06-29T10:15:22Z Molecular rotor as a high-temperature Brownian motor Молекулярный ротор как высокотемпературный броуновский мотор Молекулярний ротор як високотемпературний броунівський мотор Tsomyk, O. Ye. Korochkova, T. Ye. Rozenbaum, V. M. molecular rotor Brownian motor ratchet diffusion kinetic potential fluctuations молекулярний ротор броунівський мотор ретчет дифузійна динаміка флуктуації потенціалу молекулярный ротор броуновский мотор рэтчет диффузионная динамика флуктуации потенциала The aim of the present work is to develop a theory of high-temperature polar molecular rotors, the rotation of which is initiated by an external alternating electric field. Such rotors can be considered as Brownian motors in the sense that a unidirectional translatory motion of motor particles is similar to the unidirectional rotation of moving part of a rotor; that allows using, at calculations, the high-temperature theory of Brownian motors. The potential energy of a rotating particle, as a function of time and rotation angle, is represented in additive-multiplicative form. The approximation of the two first harmonics suffices to describe a smooth potential profile. Indeed, they are the minimum number of harmonics to simulate the asymmetry of the potential relief and to describe molecular rotors since the first harmonic is conditioned by the interaction of the rotor with the alternating field and the second one – by the potential of hindered rotation. With these conditions, the velocity of rotation of polar molecular rotors is calculated, and the analytical dependences of the velocity on the parameters of the model is analyzed for the two cases of time dependence of the applied alternating electric field, harmonic and stepped. It is shown that, at a stepped change of an alternating electric field, the values of the angular velocity are higher, for any frequency of the applied field, than those at a harmonic change, and a dichotomic mode of the electric field changing is generally more efficient one, resulting in the optimal mode of rotor operation. Moreover, there exists a qualitative difference, in the low-frequency asymptotics of the rotor velocity, between harmonic and stepwise external field: the average velocity of rotation is proportional to the square of the field modulation frequency in the former case, and it is the linear function of the frequency in the later case. Рассчитана скорость вращения полярных молекулярных роторов с использованием теории высокотемпературных броуновских моторов. Изучены аналитические зависимости скорости вращения от параметров модели для двух случаев временной зависимости приложенного переменного электрического поля: гармонической и ступенчатой. Средняя скорость вращения ротора в первом случае пропорциональна квадрату частоты модуляции поля, а во втором – линейно зависит от частоты. Показано, что оптимальным режимом работы ротора является дихотомный режим изменения электрического поля. Розраховано швидкість обертання полярних молекулярних роторів з використанням теорії високотемпературних броунівських моторів. Досліджено аналітичні залежності швидкості обертання від параметрів моделі для двох випадків залежності прикладеного змінного електричного поля від часу: гармонійної та ступінчастої. Середня швидкість обертання ротора в першому випадку пропорційна квадрату частоти модуляції поля, а в другому – лінійно залежить від частоти. Показано, що оптимальним режимом роботи ротора є дихотомний режим зміни електричного поля. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2016-11-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/405 10.15407/hftp07.04.444 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 7 No. 4 (2016): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 444-452 Химия, физика и технология поверхности; Том 7 № 4 (2016): Химия, физика и технология поверхности; 444-452 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 7 № 4 (2016): Хімія, фізика та технологія поверхні; 444-452 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp07.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/405/402 Copyright (c) 2016 O. Ye. Tsomyk, T. Ye. Korochkova, V. M. Rozenbaum |
| spellingShingle | молекулярний ротор броунівський мотор ретчет дифузійна динаміка флуктуації потенціалу Tsomyk, O. Ye. Korochkova, T. Ye. Rozenbaum, V. M. Молекулярний ротор як високотемпературний броунівський мотор |
| title | Молекулярний ротор як високотемпературний броунівський мотор |
| title_alt | Molecular rotor as a high-temperature Brownian motor Молекулярный ротор как высокотемпературный броуновский мотор |
| title_full | Молекулярний ротор як високотемпературний броунівський мотор |
| title_fullStr | Молекулярний ротор як високотемпературний броунівський мотор |
| title_full_unstemmed | Молекулярний ротор як високотемпературний броунівський мотор |
| title_short | Молекулярний ротор як високотемпературний броунівський мотор |
| title_sort | молекулярний ротор як високотемпературний броунівський мотор |
| topic | молекулярний ротор броунівський мотор ретчет дифузійна динаміка флуктуації потенціалу |
| topic_facet | molecular rotor Brownian motor ratchet diffusion kinetic potential fluctuations молекулярний ротор броунівський мотор ретчет дифузійна динаміка флуктуації потенціалу молекулярный ротор броуновский мотор рэтчет диффузионная динамика флуктуации потенциала |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/405 |
| work_keys_str_mv | AT tsomykoye molecularrotorasahightemperaturebrownianmotor AT korochkovatye molecularrotorasahightemperaturebrownianmotor AT rozenbaumvm molecularrotorasahightemperaturebrownianmotor AT tsomykoye molekulârnyjrotorkakvysokotemperaturnyjbrounovskijmotor AT korochkovatye molekulârnyjrotorkakvysokotemperaturnyjbrounovskijmotor AT rozenbaumvm molekulârnyjrotorkakvysokotemperaturnyjbrounovskijmotor AT tsomykoye molekulârnijrotorâkvisokotemperaturnijbrounívsʹkijmotor AT korochkovatye molekulârnijrotorâkvisokotemperaturnijbrounívsʹkijmotor AT rozenbaumvm molekulârnijrotorâkvisokotemperaturnijbrounívsʹkijmotor |