非晶固体剪切诱导结晶中临界尺寸晶核的形貌

本工作中，我们研究了模型单组元非晶（玻璃态）系统在剪切诱导结晶初始阶段临界尺寸晶核的形貌特征。这些特征通过对系统在稳态剪切下、不同（固定）剪切速率 $\dot\gamma$ 值及不同温度下的非平衡分子动力学模拟结果进行统计处理而定量估计。研究发现，受剪切的玻璃态系统通过成核机制发生结晶。通过对最大晶核的时间依赖轨迹的分析，定义了临界尺寸 $n_{c}$ 与成核时间 $\tau_{c}$。结果表明，在中等及高剪切速率下，系统中的临界尺寸晶核在剪切梯度 $xy$ 平面内取向；且取向晶核的倾角依赖于剪切速率。在极高剪切速率且系统剪切变形超过 $60$\% 时，晶核倾角趋于取相对于剪切方向约为 $\simeq45^\circ$ 的值。我们发现该特征对温度的依赖性较弱。核形状的非球度随剪切速率增大而增加，这由非球度参数的增大以及针对临界尺寸晶核粒子计算得到的对分布函数轮廓所证实。临界尺寸随剪切速率按幂律 $n_{c}\propto(\dot\gamma\tau_{c})^{1/3}$ 增大，而临界尺寸晶核的形状由球形变为拉长的椭球形。我们发现，在不同温度与剪切速率下评估的晶核形变参数的 $n_{c}$ 依赖关系可归并到统一的标度曲线上。