Solid-liquid interfacial free energy of aluminum from molecular dynamics simulations - Kaipainen, Joni (2025)
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.