自由扩散模型与受限晶体生长及溶解微观模型的直接耦合
软凝聚态物质
2020-06-03 v1 材料科学
摘要
我们将自由溶质扩散模型与晶体表面生长模型相耦合，该晶体表面生长模型以受平坦表面限制的 (2 + 1) 维固-固 (SOS) 模型为代表，但不限于此。我们使用基于最近邻相互作用的溶解速率的动力学蒙特卡洛 (KMC) 来求解表面动力学的主方程，并使用非格点随机游走来模拟溶质粒子的菲克扩散。两个求解器通过自由粒子的沉积速率直接耦合，该沉积速率利用沉积的平均首达时间 (MFPT) 计算得出，且被发现按 标度。我们研究了两种变体：忽略（径向）和不忽略视线（寻路）。诸如均匀浓度（随机沉积）和晶格扩散（晶体晶格延伸至液体中）等参考模型被用于比较。我们发现所有模型均重现了表面动力学的宏观极限。自由扩散模型产生的平衡粗糙度低于参考模型，且高度自相关长度更小，并发现其在紧密受限环境中表现良好。此外还证明了晶格扩散在紧密受限环境中表现不佳。两种 MFPT 模型在接近平衡和溶解时表现非常相似，但随着表面生长速度的增加，差异越来越大。该模型通过模拟一侧具有通量边界条件的空腔得到应用。结论是，新模型在受限环境中表现出色，且在实际中可以忽略视线，因为主要沉积位点很可能处于视线内，这最小化了耦合所需的 CPU 时间。
引用
@article{arxiv.2006.01433,
title = {Direct Coupling of Free Diffusion Models to Microscopic Models of Confined Crystal Growth and Dissolution},
author = {Jørgen Høgberget and Dag K. Dysthe and Espen Jettestuen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.01433},
year = {2020}
}
备注
13 pages, 9 figures