高压下MgO熔化特性的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,模拟研究了高压下MgO的熔化特性．通过晶体的现代熔化理论,对MgO的分子动力学模拟熔化温度进行了修正,得到了高温高压下MgO的熔化温度．计算得到的MgO熔化曲线和已有的实验及其它理论结果在0-135 GPa进行了比较,发现修正得到的MgO熔化温度和由Lindemann熔化方程及两相方法得到的结果在压力低于15 GPa时符合很好．同时,MgO熔化模拟有效解释了一阶相变分子动力学过程中出现的过热熔化现象．     

Mo高压熔化的分子动力学模拟

 采用第一原理方法计算了钼在零温下的结构,表明钼在500 GPa以下一直保持bcc结构（常温）,与实验一致。在零压附近计算了E-V关系,利用Murnaghan物态方程拟合得到了零压体积及其模量,与实验结果符合得很好。采用第一原理分子动力学模拟了钼的高压熔化性质。采用NVT系综计算了128个原子的系统,初始构形为bcc结构,体积分别为0.015 48、0.012 19、0.010 98、0.009 84、0.009 10 nm³/atom,计算了几个温度点,拟合得到了熔化曲线,熔化温度明显高于金刚石压砧（DAC）实验结果;将初始构形改变为fcc结构,模拟其熔化特性,得到的熔化温度明显下降,与激光加载DAC实验结果一致,认为可能的原因是钼熔化后形成的液体结构类似于fcc结构,而不是常态时的bcc结构。     

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。     

纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学结合嵌入原子多体势,模拟了不同半径的Ni纳米团簇的升温熔化过程,研究团簇尺寸对熔点和表面能的影响.模拟结果表明:团簇的熔点显著低于体材料的熔点.团簇熔化的过程首先是在团簇的表面出现预熔,然后向团簇内部扩展,直到整个团簇完全熔为液态.在模拟的纳米尺度范围内,团簇的熔点与团簇尺寸基本成线性关系.团簇的表面能随着团簇尺寸的增大而减小,而且表面能均高于体材料的表面能.     

金属Cu熔化结晶过程的分子动力学模拟

采用常温、常压分子动力学模拟技术,研究了在周期性边界条件下,由８６４个Ｃｕ原子构成的模型系统的熔化、结晶过程。原子间相互作用势采用ＥＡＭ势。模拟结果表明：在连续升温过程中,金属Ｃｕ在１５２０Ｋ熔化;以不同的冷速进行冷却,在较慢冷却条件下,液态Ｃｕ在１０１０Ｋ结晶;当冷速较快时,液态Ｃｕ形成非晶态。分析了升降温过程中熔体偶分布函数、原子体积、能量、ＭＳＤ随温度的变化特征。     

金属Al表面熔化各向异性的分子动力学模拟

采用嵌入原子势,使用分子动力学方法对金属Al不同低指数晶面的表面熔化现象分别进行了模拟.分析了熔化过程中样品结构组态的变化.模拟结果表明对于不同的自由表面,表面熔化呈现出明显的各向异性行为.Al（110）面在低于熔点的温度之下发生预熔化;（111）与（001）面都出现过热现象.与（111）面不同,（001）面发生过热现象时表面原子层为类液层,而（111）面仍然保持很好的晶格结构,即预熔化的Al（001）面在高于熔点的温度下,仍可以在很长的时间内处于相对稳定的亚稳态.由模拟得到Al的热力学熔点为950 K左右,与实验值基本符合. 关键词： 分子动力学 表面熔化 过热     

Molecular Dynamics Simulations for Melting Temperatures of SrF2 and BaF2

利用壳层模型分子动力学方法,考虑萤石结构分子中的预熔化现象,对SrF₂和BaF₂的分子动力学模拟熔化温度进行修正,获得了高压下SrF₂和BaF₂的熔化温度. 同时给出了300 K、0.1 Mpa～7GPa和0.1 Mpa～3 GPa时SrF₂和BaF₂的状态方程,与已有研究结果的最大误差分别为0.3%和2.2%. 计算所得SrF₂和BaF₂常压下的熔点与已有的实验结果符合较好. 对于SrF₂和BaF₂分子体积变化和已有的熔化模拟的差别也做了比较和讨论.     

金属钨熔化过程的分子动力学模拟

本文使用分子动力学方法对金属钨的熔化过程进行了数值模拟,分析了钨在熔化过程中的结构、系统内能变化以及表面熔化过程固-液界面变化情况,初步分析了表面熔化现象的机理。模拟过程采用嵌入原子模型(EAM)描述原子间相互作用,模拟结果表明,嵌入原子模型适合于计算固-液相变过程,表面熔化过程是由表面处最外层原子的不稳定性触发的。对于均匀熔化过程,晶体在4700 K下发生固-液相变;对于表面熔化过程,计算获得了不同温度(3800～4800 K)下的熔化速度,拟合出熔化速度公式,得到的表面熔化热力学熔点与已有实验结果基本符合。     

自由能方法与零压下Al的熔化温度

利用自由能方法的分子动力学模拟,计算了零压下Al的熔化温度.在计算液相自由能的过程中,采用勒纳-琼斯(LJ)液体作为参考系统,同时将计算结果与Mei和Davenport等人的计算结果进行了比较,计算结果表明：1)选用LJ参考系统使液相自由能的计算时间节省一半,并且不影响熔化温度的计算结果;2)采用不同的埋入原子势(EAM)的分子动力学模拟计算得到的熔化温度与实验值都存在偏差,而就金属Al而言,采用Cai等人的EAM势的熔化温度的计算结果比Mei和Davenport及Morris等人采用的势模型的结果略有改 关键词： 熔化温度 自由能方法 分子动力学模拟     

自由能方法与零压下Al的熔化温度

利用自由能方法的分子动力学模拟，计算了零压下Al的熔化温度.在计算液相自由能的过程中，采用勒纳-琼斯(LJ)液体作为参考系统，同时将计算结果与Mei和Davenport等人的计算结果进行了比较，计算结果表明：1)选用LJ参考系统使液相自由能的计算时间节省一半，并且不影响熔化温度的计算结果；2)采用不同的埋入原子势(EAM)的分子动力学模拟计算得到的熔化温度与实验值都存在偏差，而就金属Al而言，采用Cai等人的EAM势的熔化温度的计算结果比Mei和Davenport及Morris等人采用的势模型的结果略有改     

不同温度下二氧化硅纳米管的结构和振动性质的分子动力学模拟

采用三种势能模型, 利用分子动力学模拟研究了在300～1600 K内4、6和8元环的二氧化硅纳米管. 结果表明,三种纳米管的末端环的稳定性随温度的升高而降低. 通过振动态密度考察了二氧化硅纳米管的有效振动特性. 以及不同温度下二氧化硅纳米管的红外光谱.     

Au纳米薄膜的熔化机理及其结构演变的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟详细研究了不同厚度的Au纳米薄膜的熔化机理和结构演变. 模拟结果表明所有Au纳米薄膜的熔化行为分为两个阶段,即表面预熔和均相熔化. 只有最外层原子出现了预熔化行为, 其他内层原子在均相熔化之前始终保持稳定的固态,这与零维的Au纳米团簇和一维的Au纳米线的预熔化行为是不同的. 同时Au纳米薄膜的熔化温度随着薄膜厚度的增加而升高. 在预熔化过程中,在原子水平上发现了所有的Au纳米薄膜的f100g晶面向f111g晶面转变的表面重建过程. 对于最薄的L2纳米薄膜,当温度低于500 K 时表面应力不能诱导这样的表面重建. 然而一维的Au纳米线在更低温度下就能够观察到了由表面应力诱导的表面重建过程. 这主要是因为Au纳米线具有更高的比表面积所导致的. 另外研究结果还表明当模拟温度达到某一特定值时,由双原子层组成的Au纳米薄膜能够分裂成一维的纳米线.     

Molecular Dynamics Investigation of Differences in Melting Behaviors of Cu57 and Cu58 Clusters

应用基于嵌入原子方法的分子动力学计算研究了Cu57和Cu58团簇在升温过程中变为熔体的结构演化过程．两个团簇在熔化时表现出不同的结构变化行为,进而影响到它们能量变化的差异．在升温时,团簇不同区域的原子局域结构变化由原子密度分布函数确定．模拟表明,即使对于这两个仅相差一个原子的小尺寸团簇,结构变化也敏感于团簇的尺寸．     

下地幔条件下钙钛矿结构MgSiO3熔化行为的研究

利用分子动力学方法结合有效的对势,模拟了下地幔条件下钙钛矿结构MgSiO3的熔化曲线．研究表明,分子动力学模拟结果精确地再现了广泛压强范围内钙钛矿结构MgSiO3的状态方程,并且熔化曲线与最新的实验结果也符合的很好．在压强上升到下地幔压强范围内,压强低于60 GPa时的钙钛矿结构MgSiO3熔化曲线比较陡,接着变得平缓．在核幔边界压强135 GPa时,钙钛矿结构MgSiO3的熔化温度是6500 K,明显低于Zerr和Boehler实验结果的外推结果．     

液态合金NiAl凝固过程中微观结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对液态NiAl凝固过程进行了研究 ,考察了不同冷却速度下液态NiAl结构变化特点 ,原子间相互作用势采用F S多体势 ,结构分析采用键取向序和对分析技术 .计算结果表明 ,冷却速度对液态NiAl结构转变有重要影响 ,在不同的冷却速度下 ,NiAl凝固过程出现了明显不同 ,冷速为 4× 10 13 和4× 10 12 K/s时 ,NiAl快速凝固为无序的非晶体结构 ;而在较慢的 8× 10 11K/s冷速下 ,NiAl凝固为晶态结构 .给出了不同冷却速度下液态NiAl结构转变的微观信息 .     

V5+掺杂TiO2金红石结构的分子动力学

采用经典离子晶体相互作用势模型， 进行量子化修正，对TiO2金红石相替位式掺杂0.5mol％V5+进行分子动力学模拟，计算了常温常压下的键长、键角的分布函数，分析了晶体的微结构变化以及V5+对TiO6八面体的影响．模拟结果表明，掺杂V5+会导致Ti-O、O-O键长以及O-Ti-O键角的分布范围变宽，其中，键长的主峰位置未发生显著的移动， 而键角主峰向低角度方向移动． 由于V5+比Ti4+有较高的正电荷和较小的离子半径， 因此V5+向氧八面体间空隙扩散，且掺杂V5+迁移出原来的O6八面体，从而导致空隙邻近的TiO6八面体发生严重扭曲．在低掺杂情况下(0.5 mol％)虽然掺杂易造成结构畸变，但模拟体系整体仍维持金红石结构；所得模拟的键长变化、掺杂V5+迁移、晶相等结构特性与FTIR、Raman、XRD、ESR等实验结果相一致．     

Molecular Dynamics Simulations of Warm Dense Carbon

We present classical and DFT‐based molecular dynamics (MD) simulations of carbon in the warm dense matter regime (? = 3.7 g/cc, 0.86 eV < T < 8.62 eV [T < 100 eV for classical MD]). Two different classical interatomic potentials are used: 1. LCBOP, designed to simulate condensed (e.g. solid) phases of C, and 2. linearly screened Coulomb (Yukawa) potentials. It is shown that LCBOP over‐predicts minima and maxima in the pair correlation functions of liquid‐C in this regime when compared to the DFT‐MD results. The screened Coulomb model, while under‐correlating at low‐T, seems to produce the correct qualitative features in the static ionic pair distributions at the highest‐T. However, both approaches predict the decay in the ionic contribution of the specific heat as T → ∞ to be much slower than that predicted by a model based on DFT‐MD. These differences in the MD‐derived equations of state in warm dense regimes could have important consequences when using classical inter‐ionic forces such as these in large‐scale MD simulations aimed at studying, for instance, processes of relevance to inertial confinement fusion when C is used as an ablator material. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)