Structural mechanisms of crystallization and complex-liquid behaviors of phase change materials

相变材料的结晶结构机制和复杂液体行为

• 批准号: 19F01021
• 负责人: 古川 亮
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-10-11 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19F01021/
• 关键词: ガラス転移; ガラス形成能; 結晶化; 金属合金

カルコゲナイドガラスや金属ガラスのガラス形成能は、応用上の重要性から多くの注目を集めてきたが、その制御因子は不明であった。特に、複数の原子種を混合することによりある組成でガラス形成能が劇的に向上することが経験的に知られていたが、その物理的機構は未解明であった。そこでこの謎に迫るべく、分子動力学シミュレーションを用いて、大きく異なるガラス形成能を持つ３つのモデル金属系について研究を行った。その結果、これらの系の結晶化の熱力学的駆動力には大きな差はないこと、一方で、液体と結晶の界面張力は大きく異なることを見出した。また、これらの液体のダイナミクスにも大きな差がないことから、これらの系のガラス形成能の違いは、液体・結晶間の界面張力によって支配されていることが明らかとなった。さらに、界面張力は、液体中に自発的に形成される構造的な秩序とその構造内の原子組成によって決定されていることを明らかにした。また、界面張力は、結晶の核形成を支配しているだけでなく、結晶成長にも大きな影響を与えることを明らかにした。これらの事実は、古典的な結晶化理論には重大な欠陥があり、これまで考えられてこなかった液体中に形成される局所的な構造秩序の効果をあらわに考慮する必要があることを強く示唆している。

果雀皮德玻璃和金属玻璃的形成玻璃形成能力引起了很多关注，因为它们的应用重要性，但尚不知道调节因素。特别是，在经验上已经知道，混合多种原子物种会在某种成分处显着提高玻璃形成能力，但是这种类型的物理机制尚未澄清。为了进入这个谜团，我们使用分子动力学模拟对具有非常不同玻璃形成功能的三种模型金属系统进行了研究。结果，发现这些系统结晶的热力学驱动力没有显着差异，而液体和晶体之间的界面张力显着不同。此外，这些液体的动力学没有显着差异，并且已经表明，这些系统的玻璃形成能力的差异受液体和晶体之间的界面张力的控制。此外，揭示了界面张力取决于液体中自发形成的结构阶和结构内的原子成分。还揭示了界面张力不仅控制晶体成核，而且对晶体生长有重大影响。这些事实强烈表明，经典的结晶理论具有严重的缺陷，有必要清楚地考虑迄今尚未考虑到液体中形成的局部结构秩序的影响。