A molecular dynamics study of the structural change differences between Au225 and Au369 clusters on MgO surfaces at low temperature

The differences in structural change between Au₂₂₅ and Au₃₆₉ clusters with their (111) facets supported on MgO(100) surfaces at 5 K are studied by using molecular-dynamics simulations with the atomic interchange potentials of the Au/MgO interface. The parameters are obtained from the ab initio energies using the Chen-Möbius inversion method. Analyses of the pair distribution functions show that the two Au clusters use different deformation processes to adjust the distances between the interface atoms, owing to the misfit between the atom distances among the clusters and the substrates. The local structural changes are identified by atomic density profiles.     

低温下Au959团簇负载于MgO(100)表面后结构变化的分子动力学研究

采用基于Chen-Mbius反演方法,从金属/金属氧化物界面第一性原理计算的粘结能结果中推导出的Au/MgO原子间相互作用势的正则系综(NVT)分子动力学,模拟了在10 K条件下,Au959团簇负载于MgO(100)表面后团簇结构的变化.根据原子对分析技术和对分布函数的分析表明,由于团簇界面处原子间距与载体原子间距相匹配,置于载体上的Au团簇经过一个变形过程后,较其孤立自由表面时的团簇体积变大.     

低温下Au959团簇负载于MgO(100)表面后结构变化的分子动力学研究

采用基于Chen-Mbius反演方法,从金属/金属氧化物界面第一性原理计算的粘结能结果中推导出的Au/MgO原子间相互作用势的正则系综（NVT）分子动力学,模拟了在10 K条件下,Au₉₅₉团簇负载于MgO（100）表面后团簇结构的变化.根据原子对分析技术和对分布函数的分析表明,由于团簇界面处原子间距与载体原子间距相匹配,置于载体上的Au团簇经过一个变形过程后,较其孤立自由表面时的团簇体积变大. 关键词： 团簇 分子动力学 计算机模拟 表面     

Coalescence between Cu57 and Cu58 clusters at a room temperature: molecular dynamics simulations

Three coalescence processes of Cu57-Cu57,Cu57-Cu58,and Cu58-Cu58 clusters at 300 K are investigated by employing molecular dynamics simulations.According to the evolutions of mean square displacement and local atom packing,the coalescence process can be separated into three stages including an approaching stage,a coalescing stage,and a coalesced stage.The simulations show that the coalescence processes and the formed products are sensitive to the respective initial structures of,and the relative configuration between,the two coalescing icosahedron-based clusters.     

纳米沟槽表面黏着接触过程的分子动力学模拟研究

采用大规模分子动力学方法研究了刚性球型探头与具有不同纳米沟槽基体表面的黏着接触过程,探讨了表面沟槽结构对载荷-位移曲线、接触引力和拉离力以及材料转移的影响规律.研究结果表明:在相同的压入深度下,与原子级光滑表面的黏着接触过程相比,刚性探头与具有纳米沟槽结构基体表面的接触压力较小,接触加载过程中的引力作用范围较大,并伴随载荷的多次跳跃,且接触引力和拉离力均有减小;当沟槽深度相同时,随着沟槽宽度的增大,接触引力和拉离力逐渐减小,当沟槽宽度逐渐接近探头与光滑表面的接触直径时,接触引力和拉离力又逐渐增大,趋于接近探头与光滑表面的接触过程;当沟槽宽度相同时,随着沟槽深度的增大,接触引力相对减小,拉离力变化不大.     

Cu87团簇在升温与急冷过程中结构变化的原子尺度模拟

本文采用基于嵌入原子法的正则系综分子动力学方法在原子尺度上计算了包含87个原子的Cu87金属团簇在连续升温和急冷降温时的结构演化过程。根据原子平均势能、对分布函数、原子堆积结构和主要原子键对数目随温度的变化表明,温度的不同极大地影响团簇内的原子堆积结构。在升温过程中,随着温度的升高,团簇内原子堆积结构出现由密排六方、二十面体直到无序堆积的变化。在急冷降温过程中,随着急冷温度的降低,团簇内由出现的一定数量的二十面体和面心立方的局域结构、数量不一的HCP,FCC和二十面体局域结构,直到急冷温度较低时的一定数量的二十面体局域结构。     

Ag309团簇升温过程中结构转变的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟研究了具有面心立方(fcc)晶格结构的截断八面体Ag309团簇升温过程中结构演变.对团簇的能量曲线变化、快照图演变和键对分析表明:无缺陷截断八面体Ag309团簇在410 K时转变为二十面体,在840 K时熔化;不同缺陷诱导二十面体结构转变温度异常变化,沿晶面滑移缺陷使二十面体转变温度升高,沿晶面旋转缺陷使二十面体结构转变温度降低;不同缺陷对团簇键型和势能产生的影响是使二十面体结构转变温度异常变化的主要诱导因素.这种通过缺陷控制团簇结构转变的研究为新型纳米结构的可控制备提供理论基础.     

低密度Ar熔化及结晶的分子动力学模拟

采用有位移力的ＬｅｎｎａｒｄＪｏｎｅｓ（１２－６）势对微正则系综下低密度Ａｒ系统（简约数密度为ρ＝０．８５）的一级相变过程进行了细致的分子动力学模拟,发现Ａｒ系统的熔化过程是原子的崩塌过程,结晶过程和理想的完整晶体不同,是一活化过程：形核长大过程随温度的降低进行,原来均匀分布在系统中的自由体积呈集中分布,由此系统达到了更稳定的结晶状态。     

低温下Cu13团簇负载于Cu(001)表面上结构变化的分子动力学研究

应用分子动力学方法研究温度为10和50 K时具有二十面体结构的Cu13团簇以不同接触条件与Cu(001)表面结合后的结构变化,原子间的相互作用势采用Johnson的嵌入原子方法模型.通过基于原子密度分布函数的分析表明,负载团簇与表面的结合能主要受团簇与载体相接触的最低层原子数及这些原子所具有的不同几何构型影响,同时更高层的原子呈现出不同的几何结构.温度为10 K时,负载团簇的初始位置对团簇几何结构和结合能影响较大.     

TiAl合金薄膜在冷却过程中结构变化的原子尺度计算研究

采用基于嵌入原子势模型的分子动力学方法模拟了熔融TiAl合金薄膜分别在急冷降温和连续降温两个冷却过程中微观结构的变化.通过应用原子平均能量、对分布函数和键对分析技术等对薄膜内原子局域结构进行的分析. 研究表明,在降温过程中,薄膜内局域结构出现分阶段变化的特点.在急冷降温过程中,薄膜结构的变化可以分为3个阶段,而在连续降温过程中,薄膜内局域结构的变化分为2个阶段. 关键词： 分子动力学 TiAl合金 薄膜 计算机模拟     

低温下Cu13团簇负载于Cu(001)表面上结构变化的分子动力学研究

应用分子动力学方法研究温度为10和50 K时具有二十面体结构的Cu₁₃团簇以不同接触条件与Cu（001）表面结合后的结构变化,原子间的相互作用势采用Johnson的嵌入原子方法模型.通过基于原子密度分布函数的分析表明,负载团簇与表面的结合能主要受团簇与载体相接触的最低层原子数及这些原子所具有的不同几何构型影响,同时更高层的原子呈现出不同的几何结构.温度为10 K时,负载团簇的初始位置对团簇几何结构和结合能影响较大. 关键词： 分子动力学 团簇 表面 计算机模拟     

温度及深度对钛中氦泡释放过程影响的分子动力学研究

利用分子动力学模拟方法对温度及He泡深度给金属Ti内He泡的体积、压强和释放过程等带来的影响进行了研究. 首先, 通过研究室温下He泡在金属Ti内不同深度处的状态, 得到He泡的形状、压强、体积等物理量随其深度的变化规律. 发现He泡压强随其深度增加逐渐变大, 体积则逐渐减小, 但当He泡深度增大到2.6 nm时, 二者均维持在某个固定值附近. 然后对包含有He泡的Ti体系在温度作用下的演化过程进行了模拟, 发现不同深度处He泡从金属Ti内释放出来所需要的临界温度有很大差别, 总体来看He泡越深, 释放所需的临界温度越高. 但不同温度下He原子的释放速率没有明显差别, 释放过程几乎均为瞬间完成. 最后通过对He泡内部压强和其上方金属Ti薄层的抗张强度进行统计对比, 阐述了金属Ti 体内He泡的释放机制: 当He泡内部压强大于其上方Ti薄层抗张强度时, He泡就会将Ti 薄层撕裂, 从而使He原子得到释放.     

金红石型氧化物晶体结构与性能的分子动力学研究

采用分子动力学的方法,利用新的势能模型,对金红石型氧化物TiO2,GeO2和SnO2完整晶体的热性能和随压力变化特性进行计算模拟;在完整晶体中,引入肖特基型点缺陷,以研究和比较两种状态下的差别,井对GeO2-SnO2固溶体的高温固溶状态进行计算模拟。     

高温高压下闪锌矿相GaN结构和热力学特性的分子动力学研究

利用分子动力学方法和Buckingham经验势模型对重要半导体材料GaN立方闪锌矿相的晶格常数、相变压力(从闪锌矿到岩盐结构)、热膨胀、等温体模量、定压热容等结构和热力学特性在300—3000K的温度范围和0—65GPa的压力范围内进行了研究.研究表明，闪锌矿相GaN常态下的结构和热力学参数的模拟结果与实验数据及其他理论结果相符.同时在所选作用势模型可靠性检验的基础上，对等温体模量、定压热容诸非谐性参量在高温高压下的热力学行为进行了预测.所得结果在材料科学等领域的研究中具有一定的应用背景和参考价值. 关键词： GaN Buckingham势 分子动力学模拟 高温高压     

Au/Cu(001)异质外延岛演化的分子动力学研究

利用分子动力学弛豫方法模拟了Au/Cu(001)异质外延生长初期Au异质外延岛的形貌演化，分析了Au外延岛演化过程中的局域应力及与基体结合能随表面岛尺寸的变化. 研究结果表明：当异质外延岛小于7×7时，外延岛原子分布呈现赝Cu点阵形貌；当外延岛达到8×8后，外延岛内开始出现失配位错，失配位错数量随外延岛尺寸的增加而增加. 局域压力分析指出，外延岛上原子之间的近邻环境不同导致了所受应力的差异，而外延岛的形变则是由外延岛原子的应力分布所决定. 研究还发现，失配位错的产生导致错位原子与基体原子之间的结合强度减弱，但相对增加了非错位原子与基体原子之间的结合强度. 关键词： 异质外延 表面形貌 局域压力 分子动力学模拟     

石墨烯纳米孔道内受限水介电常数影响因素的分子动力学模拟

受限水的介电特性对于石墨烯电容器的储能效率有着重大的影响.因此本文使用分子动力模方法,研究了不同石墨烯纳米孔道宽度(0.812～10 nm)下内受限水介电常数的分布及其影响因素.结果表明,在石墨烯纳米孔道内部受限水双电层结构可分为空隙层、界面层和体相层三个部分.其整体的介电常数随孔道大小的降低而线性减少.这是由内部体相层的宽度的降低而导致的.此外电极电压大小和石墨烯-水相互作用参数ε_CO的强弱也会显著改变电极表面的双电层(Electric Double Layers, EDLs)结构.其中电压的增大使得介电常数分布的震荡的程度也随之增加,最终导致了整体介电常数的减小.与之类似,亲水态的石墨烯表面(高ε_CO)下受限水分布的震荡程度也显著增加,这导致了整体介电常数的降低.     

Molecular dynamics study for the melting curve of MgO at high pressure

Shell-model molecular dynamics method is used to study the melting temperatures of MgO at elevated temperatures and high pressures using interaction potentials. Equations of state for MgO simulated by molecular dynamics are in good agreement with available experimental data. The pressure dependence of the melting curve of MgO has been calculated. The surface melting and superheating are considered in the correction of experimental data and the calculated values, respectively. The results of corrections are compared with those of previous work. The corrected melting temperature of MgO is consistent with corrected experimental measurements. The melting temperature of MgO up to 140GPa is calculated.     

A molecular dynamics study of structural transition of Ti during the rapid quenching process

The structural transitions of Ti during two different quenching processes (Q1: 7.5×10¹¹ K/s, Q2: 2.0×10¹⁴ K/s) were studied using molecular dynamics simulations. The calculated pair-correlation function agrees acceptably with available experimental data. This work gives the structural properties, including the variations with temperature of pair-correlation function, bond-angle distribution function, bond pairs and Voronoi indices, in both rapid quenching processes. Our results indicated that the liquid Ti transformed to hcp phase at the temperature about of 400 K under the quenching condition Q1 while the liquid Ti was frozen into a glass state at the temperature about of 800 K under the quenching condition Q2.     

A molecular dynamics simulation study on the cavitation inception of water with dissolved gases

The promotion/prevention mechanism of dissolved gases on cavitation inception is essential for many high-tech industries and research. In the present study, large-scale molecular dynamics simulations are performed to investigate the effects of water cavitation caused by different gas types by using nitrogen and oxygen gases with TIP4P/2005 water. The cavitation inception behaviour is analyzed via Mean First Passage Time method. Water with dissolved gases has a higher nucleation rate and is easier to cavitate than pure water. At the same gas concentration, the cavitation of water with nitrogen is promoted to a greater extent than that with oxygen. The number and energy of hydrogen bond (HB) are further calculated by the Acceptor-Hydrogen-Donor method to explain this promotion mechanism. The number and energy of HB in water with gases decrease compared with those in pure water. The introduction of gases weakens the HB network and promotes cavitation inception because of weaker interactions between gas and water molecules. A model is developed to describe the relationship between nucleation rate and HB energy. Gas molecules assemble on the surface of bubbles during water cavitation, which may decrease the free energy of bubble surface, maintain the existing bubble, and contribute to the growth process.