Z-метод расчета кривых плавления в молекулярной динамике

Аннотация

Настоящая работа посвящена исследованию возможностей и границ применимости оригинального Z - метода и его недавно предложенной модификации для расчета кривых плавления кристаллических материалов в рамках молекулярной динамики. В настоящей работе подробно исследуется область применимости данного метода. Выяснили недостаточную точность оригинального Z - метода для определения кривых плавления для систем с размерами вплоть до 500 тыс. атомов. Показали, что модифицированный Z-метод сочетает простоту реализации характерную для оригинального Z-метода, с достоинствами метода сосуществования, но при этом требует некоторого дополнительного расчетного шага, т.к. получающиеся в результате моделирования в NVE-подстановке состояния с равновесием жидкости и кристалла находятся в общем случае в условиях негидростатического сжатия. Для того чтобы получить равновесие при гидростатическом сжатии необходимо провести дополнительный расчет с выравниванием компонент давления при сохранении объема счетной ячейки. После этого полученные значения термодинамических параметров систем соответствуют равновесной кривой плавления. Результаты наших расчетов модифицированным Z-методом с выравниванием компонент давления хорошо согласуются с равновесными кривыми плавления, полученными методом термодинамического интегрирования для тех же потенциалов. Так же в этой работе проведена серия расчетов для различных материалов с разными размерами и ориентацией счетных ячеек и установлено, что модифицированный Z-метод с выравниванием компонент давления хорошо подходит для расчетов температуры плавления метастабильных кристаллических фаз и при этом хорошо работает на системах малых размеров, вплоть до элементарных ГЦК ячеек (432 атома).