HAL Id: jpa-00216270
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Submitted on 1 Jan 1975
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STRUCTURE, ENERGY AND ENTROPY OF THE CRYSTAL-MELT INTERFACE COMPUTER
SIMULATION
A. Bonissent
To cite this version:
A. Bonissent. STRUCTURE, ENERGY AND ENTROPY OF THE CRYSTAL-MELT INTERFACE COMPUTER SIMULATION. Journal de Physique Colloques, 1975, 36 (C2), pp.C2-103-C2-103.
�10.1051/jphyscol:1975222�. �jpa-00216270�
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C2, supplkment au no 4, Tome 36, Avril 1975, page C2-103
STRUCTURE, ENERGY AND ENTROPY OF THE CRYSTAL-MELT INTERFACE COMPUTER SIMULATION
A. BONISSENT
Laboratoire des Mtcanismes de la Croissance Cristalline
Universitk Aix-Marseille 111, Centre Saint-JCrGme, 13397 Marseille Cedex 4, France
Rksumk. - Le modele de Bernal a fourni des informations interessantes sur la structure et la densite des liquides simples. En l'appliquant au cas de l'interface cristal-liquide J. Zell et B. Mutaft- schiev ont mis en evidence un mauvais mouillage du cristal par le liquide. Cela est dfi
a
la solution de continuitea
la surface entre structures ordonnk et d6sordonnCe. De plus, le reperage de quel- que 3 000 balles de ping-pong pour chaque experience etait extremement long et la position de chaque sphere n'ktait pas connue avec suffisamment de prkcision pour permettre une etude plus poussCe.C'est pourquoi nous avons decide la construction d'un modkle par ordinateur en utilisant la m6thode suivante : de f a ~ o n a simuler un modhle infini nous cornmencons avec une face 0001 du reseau hexagonal ayant une etendue de 15 X 15 diamMres atomiques et des conditions aux limites pkriodiques. Sur cette face, les nouveaux atomes sont deposes un & un par une methode de hasard.
La seule condition fixee est que chaque nouvel atome ait au moins 3 premiers voisins parmi les atomes deja en place.
On remarque que l'effet de la surface se fait sentir sur la structure du liquide jusqu'a une distance de 6 diamktres atomiques de celle-ci. Dans cette zone, la densit6 locale parallklement
a
la surface presente des maxima relatifs correspondant 2 la position des plans reticulaires. Puis on observe unezone de densite constante dans laquelle on peut considerer que le liquide n'est plus influencepar le cristal.Sa densite est de l'ordre de 15 % plus basse que celle du modele de Bernal, sans doute a cause de la prbence de trous non elimines dans la masse du liquide. Les fonctions de distribution radiales des 2 mode1es prbsentent des pics aux m6mes positions et le premier pic a Ia meme amplitude dans les 2 cas.
Nous calculons en ce moment 1'6nergie libre interfaciale pour notre modkle. L'energie potentielle est calcul6e en utilisant un potentiel de paires de type Lennard-Jones. Pour le terme d'entropie, nous utilisons une methode proposke par Ewing qui ne fait intervenir que la distribution de la densite suivant l'axe des z.
Abstract. - The Bernal model has given some very interesting results concerning the structure and density of simple liquids. Its application by J. Zell and B. Mutaftschiev to the case of the crystal-melt interface has shown a bad wetting of the crystal by the melt. This is due to the misfit at the surface, where ordered and disordered structures are in contact. However, the measurement of some 3 000 ping-pong balls for each experiment was extremely long and the positions of the spheres were not known with a precision sufficient to make further investigations.
For these reasons, we decided to use a computer generated model, obtained by the following method : we start with a (0001) face of a h. c. p. lattice, with size 15 X 15 atomic diameters, and periodic boundary conditions, in order to simulate an infinite model. On this face, the new atoms are deposited successively, in randomly selected positions. The only condition is that the new atom should have at least three first neighbours among the preceeding ones.
The presence of the surface appears to influence the structure of the liquid up to some six atomic distances far from the surface. In this zone, the local density in planes parallel to the surface shows relative maximas, corresponding to the positions of the reticular planes. Then, a zone of constant density takes place, in which the liquid can be considered as free from the influence of the crystal. Its density is about 15 % lower than that of the Bernal model, probably due to the non elimination of holes in the bulk liquid. The peaks in the radial distribution of densities occupie the same positions and the first peak has the same amplitude in the two models.
Presently, we are performing a calculation of the interfacial free energy, on our model. The potential energy is calculated by assuming a Lennard-Jones interatomic potential. For the entropy term, we use a method given by Ewing, which needs the only knowledge of the density distribution along the z-axis.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1975222
