深度过冷Stillinger-Weber硅中结晶的热力学与动力学
软凝聚态物质
2024-06-19 v1 统计力学
摘要
我们采用计算机模拟与Stillinger-Weber三体势研究深度过冷液态硅中的结晶动力学。使用伞形采样蒙特卡洛模拟计算结晶的自由能势垒，并对选定的低温零压状态点，使用无约束分子动力学模拟从平均首次通过时间公式重建自由能。我们聚焦于早期工作[Sastry and Angell, Nature Mater., 2, 739, 2003]中描述为跨越两种亚稳液态之间的一级液-液相变（LLPT）的状态点。随后有论证[Ricci et al., Mol. Phys., 117, 3254, 2019]称，该表观相变实因液态相对于全局稳定晶态失去亚稳性所致。因此，这些状态点是否存在结晶势垒至关重要，且须留意由序参量选择可能引起的歧义。我们讨论了序参量的选择以及计算深度过冷下自由能的方法选择。我们发现明确的结晶自由能势垒，并证明伞形采样与平均首次通过时间方法所得结果定量一致。因此，我们的结果有力反驳了接近所报道LLPT的状态点处液体发生缓慢自发结晶的可能性，但并未涉及LLPT是否存在。我们还计算了宽泛温压范围内其他状态点的结晶自由能势垒，并讨论了亚稳液体微观结构变化对自由能势垒高度的影响。
引用
@article{arxiv.2108.13749,
title = {Thermodynamics and kinetics of crystallisation in deeply supercooled Stillinger-Weber silicon},
author = {Yagyik Goswami and Vishwas V. Vasisht and Daan Frenkel and Pablo G. Debenedetti and Srikanth Sastry},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.13749},
year = {2024}
}