基于lammps计算球壳模型金属Cu的熔化温度

4月前浏览8570

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了熔化的概念、研究方法以及熔化温度的计算方法，特别是球壳方法在计算熔化温度中的应用。熔化是固态到液态的相转变，对材料科学研究具有重要意义。熔化温度的计算方法包括实验和理论方法，其中理论方法涉及多种计算模型。球壳方法通过人为制造缺陷和模拟不同温度下的体系演化来估算熔点，并以Cu的晶胞示意图为例展示了熔化过程。

hongzhong熔化介绍：

熔化是指由固态到液态的相转变，即晶体从固态的长程有序转变为液态的长程无序结构的过程，也是材料科学研究中的一个重要相变过程。人们对固体熔化展开了大量深入研究，提出了不同的熔化模型，对熔化的认识也不断提高。

研究熔化的主要方法包括实验方法和理论方法。

熔化温度计算方法：

理论方法主要是采用一些方法计算或模拟熔化过程，从而提出熔化模型，这些计算方法包括分子动力学、蒙特卡洛、晶格动力学、密度函数理论、准谐近似模型及第一性原理等方法。

球壳方法-----计算熔化温度的思路：

提出过程：

1. 在构建好的体系中挖去一部分原子，人为的制造一些缺陷，因为完美晶体会使计算熔点的误差增大；

2. 最原始的文献提出在等温等压系综（NPT）中模拟，接着又有人对这种方法提出了改进，即在等压等焓系综中模拟，这种方法基于两相共存理论，具有明确的物理意义。

具体步骤：

1. 在等温等压系综（NVT）中，构建一个坐标原点为（0，0，0）、半径为12的球体，先将整个体系在室温（300 K）下进行一段时间的弛豫（10 ps），时间步长取1 fs;

2. 接着制造一部分缺陷，即挖掉一部分原子，整个体系包含28435 个原子，最后将整个体系在升温熔化，直至3000 K;

3. 最后在NVT系综下统计热力学量。由下图分析可知，其中（a）-（d）通过可视化程序来观察整个体系在300 K-3000 K的温度下演化的过程，很明显的观察到在3000 K下已经发生了熔化；从图（e）中可以看出来熔点大约在1369 K左右，图（f）可以反映出在3000 K下体系已经处于液态了，MSD随时间步长呈线性关系。