محاسبه خصوصيات ترموديناميكي مايع هليم-3 دو بعدي

Calculation of thermodynamic properties of two-dimensional liquid helium-3

در اين مقاله از يك روش وردشي بر اساس بسط خوشه اي انرژي استفاده‌ شده است؛ تا انرژي آزاد، آنتروپي، معادله حالت، ظرفيت گرمايي و تراكم‌ناپذيري مايع هليم-3 دو بعدي را در دماي معين محاسبه نماييم. در اين محاسبات، پتانسيل لنارد-جونز را به‌عنوان پتانسيل برهم‌كنش بين اتم‌هاي هليم در نظر گرفته ايم. محاسبات نشان مي دهند كه انرژي آزاد سيستم با افزايش چگالي، افزايش و با افزايش دما، كاهش مي يابد. همچنين نشان داده ايم كه مايع هليم-3 دو بعدي داراي حالت مقيدي نيست. نتايج محاسبات ما نشان مي دهند كه با افزايش دما، معادله حالت سيستم سخت تر مي شود. براي ظرفيت گرمايي در حجم ثابت ديده ‌شده است كه در دماي بالا به مقدار حدي 1 مي رسد، يعني در اين حالت سيستم مورد نظر ما داراي رفتاري شبيه يك گاز ايده‌آل دو بعدي كلاسيك مي باشد. همچنين نتايج ما نشان داده اند كه با افزايش چگالي و دما سيستم موردنظر تراكم‌ناپذير تر مي شود.

We have used a many-body method based on the cluster expansion of the energy to calculate the free energy, entropy, equation of state, heat capacity and incompressibility of the two dimensional liquid helium-3. In these calculations, we have used the Lennard-Jones potential as the inter-atomic interaction. Our calculations show that free energy increases by increasing the density, and decreases with increasing temperature. We have also shown that the two dimensional liquid helium-3 has no bond state. Our results indicate that the equation of state of the system becomes stiffer as the temperature increases. Heat capacity was seen to reach the limiting value 1 at high temperatures. This means that our system has a behavior similar to a two-dimensional classical ideal gas. Also, our results have shown that as the density and temperature increase, the system becomes more incompressible.