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。     

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。     

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。     

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。     

CaF2熔化温度的分子动力学模拟

利用壳层模型分子动力学方法,研究了高温高压条件下CaF2的熔化温度,同时计算了温度为300K、压强上升到100GPa时CaF2 的状态方程.研究中考虑了分子动力学模拟的过热熔化,通过晶体的现代熔化理论,对CaF2 的分子动力学模拟熔化温度进行了修正, 获得了高温高压下CaF2的熔化温度.因此,常压下壳层模型分子动力学方法为研究物质熔化提供了一个很好的方法.     

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．     

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.     

高压下金属铌熔化曲线的分子动力学模拟

铌作为一种高熔点的金属,广泛应用于制作合金材料. 铌的高温高压熔化曲线对于铌基合金的实际应用具有重要影响,但目前还未被成功研究. 本文中,我们采用铌目前已有的嵌入原子相互作用势函数（EAM）,通过经典的分子动力学方法,模拟了铌的熔化曲线. 两相法和改进Z方法的熔化曲线几乎完全一致,与Z方法的结果稍有差异. 我们也比较了尺寸效应对铌熔化曲线的影响. 我们认为,铌的现有的势函数描述其高压特性时不再适合,后续需要构建精确的温度和压强依赖的相互作用势函数来研究铌的高压特性.     

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     

支撑Co团簇熔化行为的分子动力学模拟

运用分子动力学结合退火方法,模拟研究了所含原子数介于400～20000之间的自由及支撑Co团簇的熔化行为.模拟中团簇Co原子间相互作用采用半经验的Gupta多体相互作用势.讨论了不同衬底势(Lennard-Jones势与Morse势)对支撑团簇熔化行为的影响.结果表明:对于给定原子数目的支撑Co团簇,在衬底势强度相同时,两种衬底势下对支撑团簇熔点及预熔化区间给出了一致的描述;随衬底势强度增加,支撑团簇熔点升高,且两种衬底势所描述的支撑Co团簇也类同于自由Co团簇都表现出较好的熔点与尺寸依赖的线性关系.     

利用胶体研究晶体的熔化和结晶

晶体的熔化和结晶尽管有上百年的研究历史,但还缺乏基础层面上的理论,实验上则难以看到晶体内部单分子的运动.近二十年来,均匀微米大小的胶体粒子为研究这些问题提供了一个良好的实验平台.通过光学显微镜可以直接观察胶体粒子组成的晶体的表面和内部,研究相变在最初小尺度上的成核过程,并用图像处理得到单个粒子的运动轨迹,为复杂的结晶和熔化过程提供了丰富的微观信息.     

利用胶体研究晶体的熔化和结晶

晶体的熔化和结晶尽管有上百年的研究历史,但还缺乏基础层面上的理论,实验上则难以看到晶体内部单分子的运动。近二十年来,均匀微米大小的胶体粒子为研究这些问题提供了一个良好的实验平台。通过光学显微镜可以直接观察胶体粒子组成的晶体的表面和内部,研究相变在最初小尺度上的成核过程,并用图像处理得到单个粒子的运动轨迹,为复杂的结晶和熔化过程提供了丰富的微观信息。     

The study of melting stage of bulk silicon using molecular dynamics simulation

The melting stage of bulk silicon is studied using classical molecular dynamics simulation. The mean square displacement and diffusion coefficient are focused allowing statistics analysis of the dynamics displacement of each atom. Three stages of the melting processes, premelting, accelerated melting and relaxation, are resolved. The structural development is evaluated through the stages by Lindemann index, non-Gaussian parameter and the second neighbor coordination number. The studies emphasize the observation that premelting occurs in the ideal crystal on melting.     

Molecular dynamics simulation of zirconia melting

The melting point for the tetragonal and cubic phases of zirconia (ZrO₂) was computed using Z-method microcanonical molecular dynamics simulations for two different interaction models: the empirical Lewis-Catlow potential versus the relatively new reactive force field (ReaxFF) model. While both models reproduce the stability of the cubic phase over the tetragonal phase at high temperatures, ReaxFF also gives approximately the correct melting point, around 2900 K, whereas the Lewis-Catlow estimate is above 6000 K.     

Molecular dynamics simulation of HCl in liquid Ar

Molecular dynamics simulations of one HCl molecule in liquid Ar at three different thermodynamic states have been carried out. The dynamic properties of both the solute molecule and solvent atoms are discussed. Results for Ar in the first solvation shell of HCl are compared with those for atoms in the bulk. The study includes radial distribution functions, residence times, velocity autocorrelation functions, spectral densities, self - diffusion coefficients, reorientational time correlation functions and infrared spectra.     

分子动力学模拟尺寸对纳米Cu颗粒等温晶化过程的影响

采用分子动力学方法和镶嵌原子势, 模拟了4000个Cu原子和13500个Cu原子(简称Cu₄₀₀₀和Cu₁₃₅₀₀)组成的纳米颗粒以及块体Cu的等温晶化过程. 通过对这些颗粒在晶化过程中结构和动力学行为的分析研究, 发现低温时, 不同尺寸的纳米Cu颗粒均出现多步晶化, 且晶化时间的分布曲线远比高温时范围大; 除了温度, 颗粒尺寸对晶化行为也有重要的影响, 尺寸越大, 晶化时间越长, 最终的晶化程度越高; 但是晶化时间随尺寸增大而增加的趋势不会一直持续, 发现存在一个临界尺寸r_c, 小于r_c时, 晶化时间随颗粒尺寸增大而增加, 大于r_c时,晶化时间随尺寸增大而减小.     

纳米Cu颗粒等温晶化过程的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和镶嵌原子势,模拟了500个Cu原子(简称Cu₅₀₀) 组成的纳米颗粒的等温晶化过程.利用修正的均方位移、键对分析技术和内在结构(IS) 等方法对该过程中的结构和动力学行为进行分析研究.结果显示:与块体金属不同的是, Cu₅₀₀纳米颗粒在某一温度保温时,其晶化时间并不是一个定值, 而是存在一个统计分布,并且保温温度越低其晶化时间的分布范围越广, 最长晶化时间越长.在低温晶化时, Cu₅₀₀经历了一系列中间构型的转变才达到晶态, 表现出多步晶化的特征.文章作者研究了颗粒的初始构型对晶化进程的影响, 发现颗粒的初始结构特征和能量状态对其随后的晶化过程有着重要的影响, 同一温度下,颗粒初始构型的IS能量越低其晶化时间越长,这一点在低温时尤其明显.     

Determination of ion quantity by using low-temperature ion density theory and molecular dynamics simulation

In this paper, we report a method by which the ion quantity is estimated rapidly with an accuracy of 4%. This finding is based on the low-temperature ion density theory and combined with the ion crystal size obtained from experiment with the precision of a micrometer. The method is objective, straightforward, and independent of the molecular dynamics(MD)simulation. The result can be used as the reference for the MD simulation, and the method can improve the reliability and precision of MD simulation. This method is very helpful for intensively studying ion crystal, such as phase transition,spatial configuration, temporal evolution, dynamic character, cooling efficiency, and the temperature limit of the ions.     

Time-dependent density functional theory molecular dynamics simulation of doubly charged uracil in gas phase

We use time-dependent density functional theory and Born-Oppenheimer molecular dynamics methods to investigate the fragmentation of doubly ionized uracil in gas phase. Different initial electronic excited states of the dication are obtained by removing electrons from different inner-shell orbitals of the neutral species. We show that shape-equivalent orbitals lead to very different fragmentation patterns revealing the importance of the intramolecular chemical environment. The results are in good agreement with ionion coincidence measurements of uracil collision with 100 keV protons.