Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Động lực học của quá trình hình thành pha lỏng trong tinh thể FCC kéo dài: Mô phỏng động lực học phân tử
Tóm tắt
Động lực học của sự hình thành pha lỏng tự phát trong một tinh thể FCC Lennard-Jones đã được kéo dài (siêu nhiệt) được nghiên cứu. Các thí nghiệm động lực học phân tử được sử dụng để xác định các tham số chính của quá trình hình thành tinh thể: tần suất hình thành J, hệ số khuếch tán của các hạt nhân D*, yếu tố Zel’dovich không cân bằng Z, và kích thước hạt nhân tối thiểu R*. Các phép tính được thực hiện ở áp suất âm từ cuối đường nóng chảy và ở áp suất dương cao gấp tám lần áp suất tới hạn. Kết quả mô phỏng được so sánh với lý thuyết hình thành đồng nhất cổ điển. Kết quả cho thấy rằng lý thuyết này đã tái hiện đúng chất lượng động lực học của quá trình phát triển. Lý thuyết và mô phỏng cho thấy sự phù hợp số lượng tốt về tỷ lệ chuyển tiếp của hạt nhân pha lỏng qua kích thước tối thiểu, nhưng có sự chênh lệch lớn về số lượng hạt nhân tối thiểu trong một đơn vị thể tích của pha không ổn định. Trong trường hợp siêu nhiệt đáng kể và áp suất âm, đóng góp của năng lượng từ lực căng đàn hồi vào lực động của quá trình biến đổi pha là nhỏ và có thể được bỏ qua trong gần đúng đầu tiên. Sự không khớp giữa lý thuyết và kết quả mô phỏng có thể được loại bỏ khi xem xét rằng năng lượng bề mặt tự do của giao diện "tinh thể - giọt lỏng" cong nhỏ hơn so với giao diện phẳng từ 30–35%.
Từ khóa
#động lực học phân tử #pha lỏng #tinh thể FCC #hình thành hạt nhân #tần suất hình thành #áp suất âm #siêu nhiệtTài liệu tham khảo
I. M. Lifshits and L. S. Gulida, Dokl. Akad. Nauk SSSR 87, 377 (1952).
G. I. Kanel’, V. E. Fortov, and S. V. Razorenov, Phys. Usp. 50, 771 (2007).
S. I. Ashitkov, P. S. Komarov, M. B. Agranat, G. I. Kanel, and V. E. Fortov, JETP Lett. 98, 384 (2013).
V. G. Baidakov, A. E. Galashev, and V. P. Skripov, Sov. Phys. Solid State 22, 1565 (1980).
K. Lu and Y. Li, Phys. Rev. Lett. 80, 4474 (1998).
S.-N. Luo, T. J. Ahres, T. Cagin, A. Strachan, W. A. Goddard, and D. C. Swift, Phys. Rev. B 68, 134206 (2003).
J. Wang, J. Li, S. Yip, S. Phillpot, and D. Wolf, Phys. Rev. B 52, 12627 (1995).
V. G. Baidakov and S. P. Protsenko, Phys. Rev. Lett. 95, 015701 (2005).
S.-N. Luo, L. Zheng, A. Strachan, and D. C. Swift, J. Chem. Phys. 126, 034505 (2007).
A. Yu. Kuksin, G. E. Norman, and V. V. Stegailov, High Temp. 45, 37 (2007).
V. I. Motorin, Sov. Phys. Solid State 29, 701 (1987).
E. A. Brener, S. V. Iordanskii, and V. I. Marchenko, Phys. Rev. Lett. 82, 1506 (1999).
A. L. Roitburd and D. E. Temkin, Sov. Phys. Solid State 28, 432 (1986).
V. G. Baidakov and A. O. Tipeev, J. Chem. Phys. 143, 124501 (2015).
Ya. B. Zel’dovich, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 12, 525 (1942).
E. M. Livshits and L. P. Pitaevskii, Physical Kinetics (Nauka, Moscow, 1979; Pergamon, Oxford, 1981).
B. Ya. Lyubov, Theory of Crystallization in Large Volumes (Nauka, Moscow, 1975) [in Russian].
S. Glasstone, K. J. Laidler, and H. Eyring, The Theory of Rate Processes (McGraw-Hill, New York, 1941).
V. P. Skripov and V. P. Koverda, Spontaneous Crystallization of Supercooled Liquids (Nauka, Moscow, 1984) [in Russian].
A. V. Prokhorov, Sov. Phys. Dokl. 23, 262 (1978).
D. Frenkel and B. Smit, Understanding Molecular Simulations: From Algorithms to Applications (Academic, San Diego, 1996).
L. Verlet, Phys. Rev. 159, 98 (1967).
V. P. Skripov, Metastable Liquids (Nauka, Moscow, 1972; Wiley, New York, Toronto, 1974).
J. Wedekind, R. Strey, and D. Reguera, J. Chem. Phys. 126, 134103 (2007).
W. Lechner and C. Dellago, J. Chem. Phys. 129, 114707 (2008).
V. G. Baidakov and A. O. Tipeev, J. Chem. Phys. 136, 174510 (2012).
S. Auer and D. Frenkel, J. Chem. Phys. 120, 3015 (2004).
V. G. Baidakov, S. P. Protsenko, and A. O. Tipeev, J. Chem. Phys. 139, 224703 (2013).
V. G. Baidakov, Z. R. Kozlova, and S. P. Protsenko, Fluid Phase Equilib. 263, 55 (2008).
V. G. Baidakov and A. O. Tipeev, High Temp. 56, 184 (2018).
G. Sh. Boltachev and V. G. Baidakov, High Temp. 41, 270 (2003).
V. G. Baidakov, J. Chem. Phys. 144, 074502 (2016).
B. J. Block, S. K. Das, M. Oettel, P. Virnau, and K. Binder, J. Chem. Phys. 133, 154702 (2010).
V. G. Baidakov, A. O. Tipeev, K. S. Bobrov, and G. V. Ionov, J. Chem. Phys. 132, 234505 (2010).
A. Yu. Kuksin, G. E. Norman, and V. V. Stegailov, in Computational Physics, Proceedings of the Joint Conference of ICCP6 and CCP2003 (Rinton Press, Beijing, 2004), p.126.
V. I. Motorin and S. L. Musher, J. Chem. Phys. 91, 465 (1984).
V. G. Baidakov and K. S. Bobrov, J. Chem. Phys. 140, 184506 (2014).