玻璃化相变中势能曲面与动力学的关系研究

玻璃化相变一直是相变理论中的一个难点。根据在趋向玻璃转变时候表现出不同的动力学行为，液体可以被分为强液体和弱液体。人们到现在还不清楚，到底是什么因素决定了液体玻璃转变动力学的强弱。从本质上说，势能曲面对液体的热力学性质和动力学性质有着极大的影响，因此，从势能曲面入手，研究不同液态的势能曲面的不同特点，将会有助于人们对玻璃相变的理解。本研究将通过经典分子动力学模拟和理论分析的方法。对三种具有不同动力学行为的液体的势能曲面进行研究，研究它们的势能曲面的特点以及随温度的变化规律。试图从势能曲面角度理解物质玻璃转变动力学行为特征。本项目也将丰富已有的二级相变理论。

通过与中国科学院理论物理所的合作研修，我们对不同动力学行为的液体的势能曲面进行研究，研究它们的势能曲面的特点以及随温度的变化规律，从势能曲面角度解释了一些物质玻璃转变动力学行为特征。本项目取得以下的主要成果：.1.金属液体与非金属液体的势能曲面的特征研究：我们发现金属液体(Cu,Ni3Al)的内在势能在整个降温区间分为三个阶段:高温时,内在势能在一个较高的能量值附近波动; 当系统的温度降低到熔点温度(Tm)时,内在势能大幅度减小; 当体系温度降到玻璃转变温度(Tg)时,内在势能变得平稳，金属势能曲面与二元lenard—Jones液体（BMLJ液体）的势能曲面存在明显的差异,与BMLJ液体相比,金属液体在高低温的内在势能差值很小,尤其是Cu的内在能量几乎不随温度变化,其差值的大小反映了液体的动力学性质的强弱。.2.提出一个用势能曲面方法计算流变激活能的新方法：我们提出了一个由势能曲面计算流变激活能的新方法,并计算了Cu和Ni3Al 的流变激活能,发现它们的激活能都随着温度的降低而升高,但是Ni3Al的激活能随温度降低升高得更快,在玻璃转变点附近,Ni3Al 的激活能比Cu的激活能要高,这与Ni3Al比Cu有更好的玻璃形成能力有着密切的联系。.3.研究了原子尺寸差效应对Au的势能曲面及玻璃形成能力的影响，我们发现增加原子尺寸差会导致Au的势能曲面发生显著的变化:它使高-低温的内在势能差变大;导致每个温度下内在能量分布变宽,势能曲面变得粗糙;使得体系的海森矩阵特征值分布曲线的峰值变矮,势能曲面上的结构重排方向更少,重排几率更小;导致过冷液态区的流变激活能随温度降低增加更快。以上原子尺寸差效应导致的势能曲面的所有的变化,都有利于提高非晶的形成能力。