В последние годы значительный интерес как теоретиков, так и экспериментаторов вызывает новый класс фазовых переходов первого рода в монокомпонентных системах: переходы легкая жидкость - тяжелая жидкость. Об экспериментальном наблюдении подобных фазовых переходов было сообщено относительно недавно (см. например [Y.Katayam et al, A first order liquid-liquid phase transition in phosphorus, Nature 403 (2000) 170]), и потому единое теоретическое описание процесса пока не выработано. Кроме того, есть подозрение, что фазовый переход жидкость-жидкость может иметь общую природу с таким давно известным, но пока не получившим удовлетворительного объяснения эффектом, как температурная аномалия плотности: явление, заключающееся в том, что при нагревании удельный объем жидкости не увеличивается, а уменьшается.

Главную причину, порождающую такого типа явления, следует искать, конечно, в микроскопической молекулярной динамике вещества. Однако до сих пор остается неясным, что же именно во взаимодействии молекул приводит к существованию нескольких жидких фаз: специфическая радиальная или особая угловая зависимость двухчастичного потенциала взаимодействий? Или же это эффект многочастичных корреляций?

В работе [G.Franzese et al, "Generic mechanism for generating liquid-liquid phase transitions", Nature 409 (2001) 692] приводится по крайней мере частичный ответ на этот вопрос. Авторы этой работы провели компьютерное моделирование поведения однокомпонентного вещества, атомы которого взаимодействуют благодаря изотропному потенциалу, изображенному на Рисунке.

Как видно, главное новшество этой модели - двухступечатое отталкивание, или другими словами, двойное ядро: жесткое, с радиусом a, и мягкое, с радиусом b. Авторы работы приводят результаты моделирования уравнения состояния такой среды и показывают, что при некоторых значениях параметров потенциала в самом деле существуют фазовые переходы между двумя жидкими фазами.

Исследуя свою модель, авторы обнаружили, что вещество с подобным потенциалом взаимодействия не имеет температурной аномалии плотности. Таким образом, связь этой аномалии с существованием нескольких жидких фаз вещества, по-видимому, не столь прямолинейна.

Игорь Иванов