| Summary: | Tässä tutkielmassa tarkastellaan nesteen ja kiinteän faasin samanaikaista esiintymistä molekyylidynamiikan simulaatioiden avulla. Atomien välisiä voimia mallinnetaan tarkalla 2NN-MEAM-potentiaalilla. Gibbs-Thomson-yhtälöä ja simulaatiotuloksia käytetään sula-kiinteärajapinnan vapaaenergian laskemiseksi alumiinille. Lisäksi vertaamme tulosta laajennetulla Gibbs-Thomson-yhtälöllä laskettuun arvoon, joka sisältää rajapinnan entropian vaikutuksen. Saadut tulokset ovat välillä 120.90–135.47 mJ/m² ja lähellä kirjallisuudessa esitettyjä arvoja.
Tämän lisäksi työssä esitetään uusi optimointiin perustuva menetelmä potentiaalin sulamispisteen määrittämiselle, joka pohjautuu nukleaatiosimulaatiotulosten hyödyntämiseen Gibbs-Thomson-yhtälön ja sen laajennuksen avulla. Työssä osoitetaan, että uudella menetelmällä voidaan saada tarkka arvio käytettävän potentiaalin sulamispisteelle. Uudella menetelmällä voidaan nopeuttaa sula-kiinteärajapinnan vapaaenergian laskemista ja pienentää laskentaresurssien käyttöä, sillä menetelmää käytettäessä ei tarvitse tehdä erillisiä simulaatioita sulamispisteen määrittämiseksi.
In this work, the solid-liquid phase coexistence in aluminum is studied using molecular dynamics simulations. An accurate 2NN MEAM (second nearest neighbor modified embedded atom model) potential is used to model the interatomic interactions. The Gibbs-Thomson equation, together with the simulation results, is used to estimate the solid-liquid interfacial free energy of aluminum. Additionally, we compare the result to that obtained using a recently developed extended Gibbs-Thomson equation, which includes the interfacial entropy contribution. The obtained values range from 120.90 to 135.47 mJ/m², agreeing well with available literature values.
Furthermore, a novel optimization-based method for computing the melting point of the interatomic potential is presented based on the Gibbs-Thomson equation and its extension. We show that the method can be used to obtain a good estimate of the melting point. Moreover, using the method can significantly speed up the calculation of solid-liquid interfacial free energy and save computational resources, as it eliminates the need for separate simulations to obtain the melting point.
|
|---|