Logo BSU

Please use this identifier to cite or link to this item: https://elib.bsu.by/handle/123456789/321367
Title: Rotational ratchet controlled by dichotomous changes in applied field orientations
Other Titles: Вращательный рэтчет, управляемый дихотомным изменением ориентаций приложенного поля / И. В. Шапочкина, В. М. Розенбаум
Authors: Shapochkina, I. V.
Rozenbaum, V. M.
Keywords: ЭБ БГУ::ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ::Физика
Issue Date: 2024
Publisher: Минск : БГУ
Citation: Журнал Белорусского государственного университета. Физика = Journal of the Belarusian State University. Physics. – 2024. – № 3. – С. 62-73
Abstract: We explore the unidirectional rotation of a polar rotor (rotational ratchet) in a hindered-rotation potential (HRP), controlled by the dichotomous fluctuations of the orientation of the electric field. A symmetry analysis is carried out, which shows the absence of the ratchet effect for either an odd number of wells of the HRP or for an even number of wells if the average angle of the fluctuating orientations of the electric field coincides with any symmetry axes of the HRP. Analytical expressions are obtained for the average rotation velocity of the rotor in the double-well HRP in the low-temperature adiabatic approximation, when the hopping rotation occurs and thermodynamic equilibrium has time to be established in each state of the dichotomous process, and in the high-temperature approximation at arbitrary fluctuation frequencies, when the thermal energy is much greater than both the reorientation barrier of the HRP and the energy of the dipole rotor – electric field interaction. We showed that the maximum rotation velocity is achieved at large electric fields that fluctuate in sign, and the dependence of the rotation velocity on the amplitude of the angular fluctuations is bell-shaped, the width of which and the presence of the plateau can be tuned by the value of the average fluctuation angle. The dependence of the rotation velocity on the fluctuation frequency is also bell-shaped, wide for the stochastic fluctuations and narrow for the deterministic dichotomous ones, with the same linear low-frequency asymptotics.
Abstract (in another language): Рассмотрено однонаправленное вращение полярного ротора (вращательный рэтчет) в потенциале заторможенного вращения, управляемое дихотомными флуктуациями ориентаций электрического поля. Проведен анализ симметрии, который показал отсутствие рэтчет-эффекта при нечетном количестве ям потенциала заторможенного вращения, а также при четном количестве ям потенциала заторможенного вращения, когда средний угол флуктуирующих ориентаций электрического поля совпадает с осями симметрии потенциала заторможенного вращения. Получены аналитические выражения для средней скорости вращения ротора в двухъямном потенциале заторможенного вращения в низкотемпературном адиабатическом приближении, когда происходит прыжковое вращение и в каждом состоянии дихотомного процесса успевает установиться термодинамическое равновесие, а также в высокотемпературном приближении при произвольных частотах флуктуаций, когда тепловая энергия много больше барьера переориентаций потенциала заторможенного вращения и энергии взаимодействия дипольного ротора с электрическим полем. Показано, что в обоих случаях максимальная скорость вращения достигается при больших электрических полях, флуктуирующих по знаку, и имеет колоколообразную форму в зависимости от амплитуды угловых флуктуаций, ширину которой и наличие плато можно регулировать средним углом флуктуаций.
URI: https://elib.bsu.by/handle/123456789/321367
ISSN: 2520-2243
Sponsorship: The work was partially carried out within the framework of the state scientific research programme of the Republic of Belarus «Photonics and electronics for innovation» (assignment 1.17.1 «Modelling and creation of photonic and optoelectronic nanostructures based on graphene-like materials for controlling optical radiation»). = Работа частично выполнена в рамках государственной программы научных исследований Республики Беларусь «Фотоника и электроника для инноваций» (задание 1.17.1 «Моделирование и создание фотонных и оптоэлектронных наноструктур на основе графеноподобных материалов для управления оптическим излучением»).
Licence: info:eu-repo/semantics/openAccess
Appears in Collections:2024, №3

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
62-73.pdf1,46 MBAdobe PDFView/Open
Show full item record Google Scholar



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.