Khảo sát quá trình đông đặc của hệ lennard jones với bề mặt tự do

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ NGUYỄN TUỆ MINH KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH ĐÔNG ĐẶC CỦA HỆ LENNARD-JONES VỚI BỀ MẶT TỰ DO Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Mã số: 604417 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013 ii CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : GS TS Võ Văn Hoàng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Đỗ Ngọc Sơn (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Phạm Hồ Mỹ Phương (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 20 tháng 07 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) GS TS Võ Văn Hoàng TS Huỳnh Quang Linh TS Lý Anh Tú TS Đỗ Ngọc Sơn TS Phạm Hồ Mỹ Phương Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG TS Huỳnh Quang Linh TS Huỳnh Quang Linh iii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Nguyễn Tuệ Minh MSHV: 11124639 Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1987 Nơi sinh: Tp Buôn Ma Thuột Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Mã số: 604417 I TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát Q trình Đơng đặc Hệ Lennard-Jones với Bề mặt Tự NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Dùng phương pháp MD dựng mơ hình màng mỏng LJ có bề mặt tự cách làm lạnh từ nhiệt độ cao xuống thấp Lưu tất liệu trung gian xử lý – khảo sát q trình tinh thể hóa màng mỏng vơ định hình nhiệt độ Khảo sát kiểm tra giản đồ TTT Khảo sát chế nguyên tử q trình chuyển pha vơ định hình từ pha lỏng II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013 IV.CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: GS TS Võ Văn Hoàng Tp HCM, ngày 02 tháng 07 năm 2012 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) Võ Văn Hoàng Huỳnh Quang Linh TRƢỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG (Họ tên chữ ký) Huỳnh Quang Linh iv LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình nghiên cứu thực Luận văn, học viên nhận động viên, giúp đỡ tận tình GS TS Võ Văn Hồng Học viên xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc giúp đỡ quý báu Học viên xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Khoa học Ứng dụng dạy bảo suốt thời gian học cao học, để học viên có kiến thức ngày hơm cụ thể qua kết Luận văn phần thể Học viên xin cảm ơn thành viên nhóm Vật lý tính toán hỗ trợ, động viên học viên Sau cùng, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình bạn bè, người ln bên cạnh động viên học viên Đây nguồn cổ động tinh thần lớn với học viên TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2013 Học viên Lê Nguyễn Tuệ Minh v TĨM TẮT LUẬN VĂN Sự hình thành pha thủy tinh trình làm lạnh hệ đơn nguyên tử đơn giản Lennard-Jones (LJ) với bề mặt tự nghiên cứu phương pháp động lực học phân tử (MD) cổ điển Cơ chế nguyên tử hình thành pha thủy tinh khảo sát thông qua xếp không gian-thời gian ngun tử hóa rắn hệ suốt q trình làm lạnh Các nguyên tử dạng rắn xác định cách sử dụng tiêu chuẩn Lindemann Bề mặt tự làm tăng đáng kể độ linh động nguyên tử hệ so với hệ vật liệu khối gây hình thành cấu trúc lớp lõi trạng thái lỏng trạng thái thủy tinh Sự phụ thuộc vào nhiệt độ tính chất cấu trúc tính chất nhiệt động khác q trình làm lạnh thảo luận thơng qua năng, hàm phân bố xuyên tâm (RDF), cặp liên kết cục xác định phân tích Honeycutt-Andersen, phân bố mật độ độ dịch chuyển ngun tử dọc theo trục z (phương vng góc với mặt tự màng mỏng) vi ABSTRACT Glass formation in simple monatomic Lennard-Jones (LJ) system with free surfaces has been studied by classical molecular dynamics (MD) simulations Glass with two free surfaces is obtained by cooling from the melt Atomic mechanism of glass formation is monitored via spatio-temporal arrangement of solid-like atoms occured in the system upon cooling Solid-like atoms are detected using the Lindemann freezing-like criterion Free surfaces significantly enhance atomic mobility in the system compared to that of the bulk and induce the formation of socalled layer structure of the interior of both liquid and glassy states Temperature dependence of structure and various thermodynamic quantities of the system upon cooling is also presented and discussed via potential energy, radial distribution function (RDF), local bond-pair orders detected by Honeycutt-Andersen analysis, density profile and atomic displacement distributions vii LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan kết trình bày Luận văn kết thực tế học viên thu sau trình thực Luận văn Học viên xin chịu trách nhiệm kết trước Hội đồng Bảo vệ Luận văn Nhà trường TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 06 năm 2013 Học viên Lê Nguyễn Tuệ Minh viii MỤC LỤC CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Khảo sát màng mỏng thực nghiệm 1.2 Khảo sát màng mỏng mô CHƢƠNG TÍNH TỐN – MƠ PHỎNG 2.1 Phương pháp Động lực học phân tử cổ điển 2.2 Tính tốn – mơ cho hệ LJ có bề mặt tự CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 17 21 3.1 Các tính chất nhiệt động học 21 3.2 Các tính chất liên quan đến cấu trúc 24 3.3 Cơ chế ngun tử hình thành pha vơ định hình từ pha lỏng 29 3.4 Quá trình tinh thể hóa 34 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 38 DANH MỤC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Hình minh họa cho hệ mơ MD [53] Hình 2.2 Minh họa cho điều kiện biên tuần hồn (PBC) Chỉ ngun tử trung tâm mơ trì hồn hảo đường quỹ đạo (được xác định vector cạnh ⃗⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗⃗ ), ô mô lặp lại cách vô hạn ba hướng (bởi nó) Một nguyên tử mơ tương tác với nguyên tử khác ô mô nguyên tử bao bọc xung quanh rc khoảng cách cắt vượt giới hạn tương tác nội nguyên tử, khoảng cách ta bỏ qua tương tác nội nguyên tử [53] Hình 2.3 Sơ đồ khối phương pháp MD với thuật tốn Verlet Hình 2.4 Thế Lennard-Jones [53] Hình 3.1 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ nguyên tử hệ vật liệu màng mỏng Các đường thẳng nhằm mục đích giúp dễ nhìn Hình 3.2 Phân bố mật độ ADD mơ hình thu nhiệt độ khác Đối với ADD, sử dụng thang tỉ lệ với phân bố mật độ Hình 3.3 RDF mơ hình thu q trình làm lạnh từ trạng thái lỏng Hình 3.4 Biểu đồ Honeycutt-Andersen hệ có phân bố nguyên tử với mật độ cao [36] Hình 3.5 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ cặp liên kết khác hệ trình làm lạnh từ trạng thái lỏng Hình 3.6 Phân bố số phối vị mơ hình màng mỏng LJ vơ định hình thu x Hình 3.7 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ tỉ lệ ngun tử dạng rắn ( kích thước bó dạng rắn lớn ( ) ) với tổng số nguyên tử hệ ( ) Hình 3.8 Phân bố nguyên tử dạng rắn dạng lỏng theo trục z mơ hình thu nhiệt độ khác Hình 3.9 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ số phối vị trung bình nguyên tử dạng rắn dạng lỏng, so sánh với số phối vị trung bình tất nguyên tử hệ Hình 3.10 Giản đồ chuyển đổi thời gian-nhiệt độ (TTT) hệ đơn nguyên tử LJ với bề mặt tự Hình 3.11 RDF mơ hình vơ định hình thu hồi phục khác sau thời gian 34 3.4 Quá trình tinh thể hóa Hình 3.10: Giản đồ chuyển đổi thời gian-nhiệt độ (TTT) hệ đơn nguyên tử LJ với bề mặt tự Nhằm kiểm tra độ ổn định trạng thái vơ định hình thu nhiệt độ thấp, chúng tơi hồi phục mơ hình thu vùng nhiệt độ kiểm tra khoảng thời gian hồi phục cần thiết để hệ bị tinh thể hóa nhiệt độ khác nhau, từ xác định giản đồ chuyển đổi thời gian-nhiệt độ (time-temperaturetransformation: TTT) Hình 3.10 trình bày thời gian tinh thể hóa hàm nhiệt độ, hay gọi giản đồ TTT Giản đồ cho thấy thời gian tinh thể hóa ngắn đạt , nhiệt độ cao nhiệt độ chuyển pha Trong theo Mizuguchi cộng sự, thời gian tinh thể hóa ngắn hệ LJG đạt [41] Bên cạnh đó, giản đồ TTT hệ LJ có dạng mũi đặc trưng (nose shape) tương tự giản đồ TTT quan sát thực nghiệm vật liệu chuyển pha vơ định hình khác [81,82,83] Dạng giản đồ TTT tương tự tìm thấy kết mô với vài tương tác khác cho kim loại 35 Hình 3.11 RDF mơ hình vơ định hình thu sau thời gian hồi phục khác [84] hệ LJG [41] Lưu ý thời gian tinh thể hóa hệ LJ với bề mặt tự dài so với hệ LJ khối (điều kiện biên tuần hoàn) ngắn nhiều so với hệ LJG [41] Hệ vật liệu khối LJ vơ định hình thường tìm thấy dễ dàng bị (phụ thuộc vào nhiệt độ tinh thể hóa sau thời gian hồi phục khoảng nghiên cứu) [52] Ngược lại, hệ LJ với bề mặt tự chúng tơi bắt đầu tinh thể hóa sau khoảng thời gian hồi phục ( ) mơ hình thu Dấu hiệu tinh thể hóa xuất đỉnh nhỏ tại RDF (Hình 3.11), vị trí liên quan đến tồn trật tự tinh thể xếp chặt fcc hcp hệ [50] Đỉnh bắt đầu xuất ( ) phát triển rõ ràng sau khoảng ( ) (được mũi tên Hình 3.11) Tuy nhiên, với mơ hình vơ định hình thu tinh thể hóa chưa xuất sau tất khoảng thời gian tiến hành mô (sau hay ) Do bề mặt tự (màng mỏng điều kiện chân không thực tế), lượng đáng kể nguyên tử hệ có nhiều 36 khả chuyển động độ linh động chúng tăng lên đáng kể so với hệ khối Do vậy, chúng có thời gian tìm dạng xếp chặt có lượng thấp hay độ ổn định cao (hoặc mật độ cao) suốt trình làm lạnh chậm Điều dẫn đến hình thành trạng thái vơ định hình có “độ ổn định thực tế” [50] Điều quan trọng cải thiện độ ổn định mơ hình vơ định hình đơn nguyên tử chống lại tinh thể hóa thơng qua việc dùng bề mặt tự sử dụng phương pháp làm lạnh thích hợp Bảng 3.2: Tỉ lệ tương đối cặp liên kết mơ hình thu sau khoảng thời gian hồi phục ( ) khác Thông tin chi tiết cấu trúc thấy thơng qua phụ thuộc vào thời gian hồi phục cặp liên kết khác thu nhiệt độ (Bảng 3.2) Có thể thấy rõ tỉ lệ cao cặp 1551 1541 khoảng thời gian hồi phục nhỏ ( hay ), cho thấy trật tự icosahedral chiếm ưu hệ Điều nguồn gốc gây ổn định trạng thái vô định hình hệ, tính đối xứng bậc năm cặp 1551 1541 chống lại tinh thể hóa Tuy nhiên, thời gian hồi phục lâu ( hay ) tỉ lệ cặp liên kết bắt đầu giảm mạnh, đồng thời tỉ lệ cặp liên kết liên quan đến trật tự tinh thể 1441 (cặp liên kết đặc trưng cho cấu trúc tinh thể 37 bcc [36]) hay 1421 1422 (các cặp liên kết đặc trưng cho cấu trúc tinh thể fcc hcp [36]) tăng mạnh Sau thời gian hồi phục khoảng 1421 đạt khoảng khoảng , tỉ lệ cặp liên kết tỉ lệ cặp liên kết 1551 giảm mạnh Điều cho thấy chiếm ưu trật tự fcc hcp pha tinh thể hệ LJ với bề mặt tự sau bị lão hóa Lưu ý độ ổn định thấp trạng thái vơ định hình hệ vật liệu khối LJ đơn nguyên tử tìm thấy thảo luận trước [37,50] có thực tế khó để thu hệ vật liệu khối LJ đơn ngun tử vơ định hình ổn định Do đơn giản hệ đơn nguyên tử, tập trung ý khảo sát trật tự xếp hình học tơpơ ngun tử Do vậy, thu trạng thái vơ định hình ổn định hệ đơn nguyên tử nghiên cứu sâu tập tính khác Kết nghiên cứu chúng tơi bước đầu cho thấy khả thu trạng thái vơ định hình ổn định hệ LJ với bề mặt tự khả thi, nhiên cần nghiên cứu thêm vấn đề trước khẳng định tính đắn 38 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận: Trong Luận văn này, chúng tơi trình bày tổng quan phương pháp MD (đã chứng minh cho kết tốt) Qua đó, kết nghiên cứu tính chất nhiệt động học, cấu trúc chế nguyên tử trình chuyển pha độ ổn định pha vô định hình hệ có tương tác Lennard-Jones với bề mặt tự phương pháp MD trình bày Một số kết luận nghiên cứu đề cập sau: (1) Nhiệt độ chuyển pha vô định hình từ pha lỏng mơ hình vật liệu màng mỏng nhỏ so với mơ hình vật liệu khối Bề mặt tự có xu hướng làm giảm tương tự mơ hình màng mỏng polymer [2,4] (2) Màng mỏng vơ định hình có hai phần riêng biệt: lõi lớp bề mặt Lớp bề mặt có cấu trúc xốp với mật độ thấp Bên cạnh đó, hệ cịn biểu lộ lớp bề mặt linh động trạng thái lỏng vơ định hình Ngược lại, lõi có mật độ cao Điều dẫn đến tăng độ ổn định trạng thái vơ định hình thu (3) Cơ chế ngun tử hình thành trạng thái vơ định hình chất lỏng làm lạnh nhanh với bề mặt tự thể chế chuyển pha không đồng nhất, không chế chuyển pha đồng hệ vật liệu khối; nghĩa vùng dạng rắn xuất tăng lên lõi đồng thời phát triển phía bề mặt (4) Do bề mặt tự do, hầu hết tất nguyên tử hệ có nhiều khả chuyển động độ linh động chúng tăng lên đáng kể so với hệ khối Do vậy, chúng có thời gian tìm dạng xếp chặt có lượng thấp hay độ ổn định cao suốt trình làm lạnh chậm dẫn đến hình thành trạng thái vơ định hình có “độ ổn định thực tế” [50] Hướng phát triển đề tài: Khảo sát màng mỏng vơ định hình vật liệu có tương tác phức tạp có giá trị thực tế nhiều như: màng mỏng SiO2, TiO2, Si,… 39 DANH MỤC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ L.N.T Minh, V.V Hoàng, “Investigation of the Vitrification Process of Monatomic Lennard-Jones System with Free Surfaces”, Trình bày poster “Hội nghị Vật lý Lý thuyết Toàn quốc Lần thứ 37”, Cửa Lò ngày 6-9/08/2012 L.N.T Minh, V.V Hoàng, “Vitrification Process of Monatomic Lennard-Jones System with Free Surfaces”, Tạp chí Khoa Học – ĐHSP TPHCM, vol 47, p 163, 2013 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J L Keddie, R A L Jones, R A Cory, "Size-Dependent Depression of the Glass Transition Temperature in Polymer Films," Europhys Lett, vol 27, p 59, 1994 [2] J A Forrest, K Dalnoki-Veress, J R Stevens, J R Dutcher, "Effect of Free Surfaces on the Glass Transition Temperature of Thin Polymer Films," Phys Rev Lett., vol 77, p 2002, 1996 [3] R A L Jones, "Amorphous Materials: Glasses with Liquid-like Surfaces," Nature Mater., vol 2, p 645, 2003 [4] J S Sharp and J A Forrest, "Free Surfaces Cause Reductions in the Glass Transition Temperature of Thin Polystyrene Films," Phys Rev Lett., vol 91, p 235701, 2003 [5] C J Ellison, J M Torkelson, "The Distribution of Glass-Transition Temperatures in Nanoscopically Confined Glass Formers," Nature Mater., vol 2, p 695, 2003 [6] Z Fakhraai, J A Forrest, "Measuring the Surface Dynamics of Glassy Polymers," Science, vol 319, p 600, 2008 [7] J R Dutcher, M D Ediger, "Glass Surfaces not so Glassy," Science, vol 319, p 577, 2008 [8] J D Stevenson, P G Wolynes, "On the Surface of Glasses," J Chem Phys., vol 129, p 234514, 2008 [9] M Dussauze, A Giannoudakos, L Velli, C P E Varsamis, M Kompitsas, and E I Kamitsos, "Structure and Optical Properties of Amorphous Leadgermanate Films Developed by Pulsed-laser Deposition," J Chem Phys., vol 127, p 034704, 2007 [10] S L Simon, J W Sobieski, D J Plazek, "Volume and Enthalpy Recovery of Polystyrene," Polymer, vol 42, p 2555, 2001 [11] S F Swallen et al., "Organic Glasses with Exceptional Thermodynamic and 41 Kinetic Stability," Science, vol 315, p 353, 2007 [12] K L Kearns, S F Swallen, M D Ediger, T Wu, and L Yu, "Influence of Substrate Temperature on the Stability of Glasses Prepared by Vapor Deposition," J Chem Phys., vol 127, p 154702, 2007 [13] K L Kearns, S F Swallen, M D Ediger, T Wu, Y Sun, and L Yu, "Hiking down the Energy Landscape: Progress Toward the Kauzmann Temperature via Vapor Deposition," J Phys Chem B, vol 112, p 4934, 2008 [14] S F Swallen, K L Kearns, S Satija, K Traynor, R J McMahon et al., "Molecular View of the Isothermal Transformation of a Stable Glass to a Liquid," J Chem Phys., vol 128, p 214514, 2008 [15] Y Martínez-Ratón, A M Somoza, L Mederos and D E Sullivan, "Smectic-A Ordering in Liquid Crystal Films," Faraday Discuss., vol 104, p 111, 1996 [16] R Evans, Fundamentals of Inhomogeneous Fluids, D Henderson, Ed New York: Dekker, 1992 [17] J S Rowlinson and B Widom, Molecular Theory of Capillarity Oxford: Clarendon Press, 1982 [18] D Beaglehole, Fluid Interfacial Phenomena, C A Croxton, Ed New York: Wiley, 1986 [19] G Fabricius et al., "Atomic Layering at the Liquid Silicon Surface: A FirstPrinciples Simulation," Phys Rev B, vol 60, p R16283, 1999 [20] O Nagnussen et al., "X-Ray Reflectivity Measurements of Surface Layering in Liquid Mercury," Phys Rev Lett., vol 74, p 4444, 1995 [21] E DiMasi et al., "X-ray Reflectivity Study of Temperature-Dependent Surface Layering in Liquid Hg," Phys Rev B, vol 58, p R1341, 1998 [22] M Regan et al., "Surface Layering in Liquid Gallium: An X-Ray Reflectivity Study," Phys Rev Lett., vol 75, p 2498, 1995 [23] J G Harris, J Gryko, and S A Rice, "Self‐Consistent Monte Carlo Simulations of the Electron and Ion Distributions of Inhomogeneous Liquid Alkali Metals I Longitudinal and Transverse Density Distributions in the 42 Liquid–Vapor Interface of a One‐Component System," J Chem Phys., vol 87, p 3069, 1987 [24] M Zhao, D Chekmarev, Z Cai, and S A Rice, "Structure of Liquid Ga and the Liquid-Vapor Interface of Ga," Phys Rev E, vol 56, p 7033, 1997 [25] F Celestini, F Ercolessi, and E Tosatti, "Can Liquid Metal Surfaces Have Hexatic Order?," Phys Rev Lett., vol 78, p 3153, 1997 [26] S Iarlori, P Carnevali, F Ercolessi, and E Tosatti, "Structure and Correlations of a Liquid Metal Surface: Gold," Surf Sci., vol 211-212, p 55, 1989 [27] E Chacón et al., "Layering at Free Liquid Surfaces," Phys Rev Lett., vol 87, p 166101, 2001 [28] E Velasco, P Tarazona, M Reinaldo-Falagán and E Chacón, "Low Melting Temperature and Liquid Surface Layering for Pair Potential Models," J Chem Phys., vol 117, p 10777, 2002 [29] O Tomagnini, F Ercolessi, S Iarlori, F D Di Tolla and E Tosatti, "Role of Layering Oscillations at Liquid Metal Surfaces in Bulk Recrystallization and Surface Melting," Phys Rev Lett., vol 76, p 1118, 1996 [30] C A Angell, K L Ngai, G B McKenna, P F McMillan, and S W Martin, "Relaxation in Glassforming Liquids and Amorphous Solids," J Appl Phys., vol 88, p 3113, 2000 [31] R Schilling, Collective Dynamics of Nonlinear and Disordered Systems, W Just, and P Haeussler G Radons, Ed New York: Springer, 2003 [32] W Kob, "Computer Simulations of Supercooled Liquids and Glasses," J Phys.: Condens Matter , vol 11 , p R85, 1999 [33] A Rahman, M J Mandell, and J P McTague, "Molecular Dynamics Study of an Amorphous Lennard‐Jones System at Low Temperature," J Chem Phys., vol 64, p 1564, 1976 [34] P J Steinhardt, D R Nelson, and M Ronchetti, "Bond-Orientational Order in Liquids and Glasses," Phys Rev B, vol 28, p 784, 1983 [35] S Nosé and F Yonezawa, "Isothermal–Isobaric Computer Simulations of 43 Melting and Crystallization of a Lennard‐Jones System," J Chem Phys., vol 84, p 1803, 1986 [36] J D Honeycutt, H C Andersen, "Molecular Dynamics Study of Melting and Freezing of Small Lennard-Jones Clusters," J Phys Chem., vol 91, p 4950, 1987 [37] V A Shneidman, D R Uhlmann, "Does a Lennard-Jones Glass Exist? ," J Non-Cryst Solids, vol 224, p 86, 1998 [38] Mikhail Dzugutov, "Glass Formation in a Simple Monatomic Liquid with Icosahedral Inherent Local Order," Phys Rev A, vol 46, p R2984, 1992 [39] Mikhail Dzugutov, "Formation of a Dodecagonal Quasicrystalline Phase in a Simple Monatomic Liquid," Phys Rev Lett., vol 70, p 2924, 1993 [40] M Engel and H R Trebin , "Self-Assembly of Monatomic Complex Crystals and Quasicrystals with a Double-Well Interaction Potential," Phys Rev Lett., vol 98, p 225505, 2007 [41] T Mizuguchi, T Odagaki, "Glass Formation and Crystallization of a Simple Monatomic Liquid ," Phys Rev E, vol 79, p 051501, 2009 [42] V V Hoang, T Odagaki, "Glasses of Simple Liquids with Double-Well Interaction Potential ," Physica B, vol 403, p 3910, 2008 [43] V V Hoang, T Odagaki, "Glass Formation and Thermodynamics of Supercooled Monatomic Liquids," J Phys Chem B, vol 115, p 6946, 2011 [44] F A Lindemann, "The Calculation of Molecular Vibration Frequencies," Z Phys., vol 11, p 609, 1910 [45] F H Stillinger, "A Topographic View of Supercooled Liquids and Glass Formation," Science, vol 267, p 1935, 1995 [46] Z Shi, P G Debenedetti, F H Stillinger, "Properties of Model Atomic Freestanding Thin Films," J Chem Phys., vol 134, p 114524, 2011 [47] V V Hoang, T Q Dong, "Free Surface Effects on Thermodynamics and Glass Formation in Simple Monatomic Supercooled Liquids," Phys Rev B, vol 84, p 174204, 2011 44 [48] M R Mruzik, S H Garofalini, G M Pound, "The Melting of a Monatomic Amorphous Surfaces: A Molecular Dynamics Study," Surf Sci., vol 103, p 353, 1981 [49] F Varnik, J Baschnagel, K Binder, "Glassy Dynamics in Thin Polymer Films: Recent MD Results," J Non-Cryst Solids, vol 307-310, p 524, 2002 [50] K Nishio, J Koga, T Yamaguchi, and F Yonezawa, "Confinement-Induced Stable Amorphous Solid of Lennard–Jones Argon," J Phys Soc Jpn, vol 73, p 627, 2004 [51] K Nishio, J Kōga, T Yamaguchi, F Yonezawa, "Molecular Dynamics Study on the Stability of Amorphous Ar Inside a Nanopore," J Non-Cryst Solids, vol 353, p 3550, 2007 [52] V V Hoang, "Glass of Monatomic Lennard-Jones System at Nanoscale," Physica B, vol 405, p 1908, 2010 [53] S Yip, Ed., Handbook of Materials Modeling Dordrecht: Springer, 2005 [54] D Tildesley M Allen, Ed., Computer Simulation of Liquids New York: Clarendon Press, 1987 [55] J Li, L Porter, S Yip, "Atomistic Modeling of Finite-Temperature Properties of Crystalline Beta-SiC-II Thermal Conductivity and Effects of Point Defects," J Nucl Mater., vol 255, p 139, 1998 [56] J Li, "AtomEye: An Efficient Atomistic Configuration Viewer," Model Simul Mater Sci Eng., vol 11, p 173, 2003 [57] D Chandler, Introduction to Modern Statistical Mechanics New York: Oxford University Press, 1987 [58] S F Swallen, K Traynor R J McMahon, M D Ediger, "Stable Glass Transformation to Supercooled Liquid via Surface-Initiated Growth Front ," Phys Rev Lett., vol 102, p 065503, 2009 [59] R Parr, W Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules Oxford: Clarendon, 1989 [60] S D Ivanov, A P Lyubartsev, A Laaksonen, "Bead-Fourier Path Integral 45 Molecular Dynamics ," Phys Rev E, vol 67, p 066710, 2003 [61] T Schlick, Molecular Modeling and Simulation Berlin: Springer, 2002 [62] W Press, B Flannery, S Teukolsky, W Vetterling, Numerical Recipes in C: the Art of Scientific Computing, 2nd ed Cambridge: Cambridge University Press, 1992 [63] C Gear, Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equation Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1971 [64] M E Tuckerman, G J Martyna, "Understanding Modern Molecular Dynamics: Techniques and Applications," J Phys Chem B, vol 104, p 159, 2000 [65] S Nose, "A Unified Formulation of the Constant Temperature Molecular Dynamics Methods," J Chem Phys., vol 81, p 511 , 1984 [66] W G Hoover, "Canonical Dynamics – Equilibrium Distributions," Phys Rev A, vol 31, p 1695, 1985 Phase-Space [67] L Verlet, "Computer “Experiments” on Classical Fluids I Thermodynamical Properties of Lennard–Jones Molecules," Phys Rev., vol 159, p 98, 1967 [68] S Singh, J J de Pablo, "A Molecular View of Vapor Deposited Glasses," J Chem Phys., vol 134, p 194903, 2011 [69] M Alcoutlabi, G B McKenna, "Effects of Confinement on Material Behaviour at the Nanometre Size Scale," J Phys.: Condens Matter , vol 17, p R461, 2005 [70] J Du, A N Cormack, "Molecular Dynamics Simulation of the Structure and Hydroxylation of Silica Glass Surfaces ," J Am Ceram Soc., vol 88, p 2532, 2005 [71] V V Hoang, "Atomic Mechanism of Glass-to-liquid Transition in Monatomic Glasses," Phil Mag., vol 91, p 3443, 2011 [72] V V Hoang, "Atomic Mechanism of Vitrification Process in Simple Monatomic Nanoparticles," Eur Phys J D, vol 61, p 627, 2011 46 [73] V V Hoang, T Odagaki, "Atomic Mechanism of Glass Formation in Supercooled Monatomic Liquids," Sol Stat Comm., vol 150, p 1971, 2010 [74] Z H Jin, P Gumbsch, K Lu, E Ma, "Melting Mechanism at the Limit of Superheating," Phys Rev Lett., vol 87, p 055703, 2001 [75] M H Cohen, G S Grest, "Cohen-Grest Model for the Dynamics of Supercooled Liquid," Phys Rev B, vol 20, p 1077, 1979 [76] J G Dash, "Surface Melting," Contemp Phys., vol 30, p 89, 1989 [77] T Egami, T Tomida, D Kulp, V Vitek, "Bond-Orientational Correlation in Liquids and Glasses," J Non-Cryst Solids, vol 156–158, p 63, 1993 [78] M D Ediger, C A Angell, S R Nagel, "Supercooled Liquids and Glasses," J Phys Chem., vol 100, p 13200, 1996 [79] C Donati, S C Glotzer, P H Poole, W Kob, S J Plimpton, "Spatial correlations of mobility and immobility in a glass-forming Lennard-Jones liquid," Phys Rev E, vol 60, p 3107, 1999 [80] M D Ediger, "Spatially Heterogeneous Dynamics in Supercooled Liquids," Annu Rev Phys Chem., vol 51, p 99, 2000 [81] R Busch, J Schroers, W H Wang, "Thermodynamics and Kinetics of Bulk Metallic Glass," MRS Bull., vol 32, p 620, 2007 [82] S Mukherjee, J Schroers, W L Johnson, W K Rhim, "Influence of Kinetic and Thermodynamic Factors on the Glass-Forming Ability of Zirconium-Based Bulk Amorphous Alloys," Phys Rev Lett., vol 94, p 245501, 2005 [83] H Senapati, K K Kadiyala, C A Angell, "One- and Two-Step Calorimetric Studies of Crystallization Kinetics in Simple Ionic Glass-Forming Liquids Calcium Nitrate-Potassium Nitrate System," J Phys Chem., vol 95, p 7050, 1991 [84] Y Zhang, L Wang, W Wang, "Thermodynamic, Dynamic and Structural Relaxation in Supercooled Liquid and Glassy Ni below the Critical Temperature," J Phys.: Condens Matter, vol 19, p 196106, 2007 [85] S Streit-Nierobisch, C Gutt, M Paulus, M Tolan, "Cooling Rate Dependence 47 of the Glass Transition at Free Surfaces," Phys Rev B, vol 77, p 041410(R), 2008 [86] S F Swallen, K Windsor, R J McMahon, M D Ediger, "Transformation of Stable Glasses into Supercooled Liquids: Growth Fronts and Anomalously Fast Liquid Diffusion," J Phys Chem B, vol 114, p 2635, 2010 [87] J S Rowlinson, B Widom, Molecular Theory of Capillary New York: Dover, 2002 [88] V V Hồng, Mơ Phỏng Vật Lý Tp Hồ Chí Minh: Nhà Xuất Bản Đại học Quốc gia Tp HCM, 2004 48 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Nguyễn Tuệ Minh Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1987 Nơi sinh: Tp Buôn Ma Thuột, Tỉnh ĐăkLăk Địa liên lạc: P411 lơ A Chung Cư Gị Dầu II, Đường Tân Sơn Nhì, Phường Tân Sơn Nhì, Quận Tân Phú, Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO Từ tháng 09/2006 đến hết tháng 01/2011: sinh viên quy ngành Vật lý Y Sinh thuộc khoa Khoa học Ứng dụng, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC Tham gia nhóm nghiên cứu Vật lý tính tốn, với trưởng nhóm GS.TS Võ Văn Hồng thuộc mơn Vật lý Ứng dụng, khoa Khoa học Ứng dụng, trường Đh Bách Khoa Tp HCM ... Mã số: 604417 I TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát Q trình Đơng đặc Hệ Lennard- Jones với Bề mặt Tự NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Dùng phương pháp MD dựng mơ hình màng mỏng LJ có bề mặt tự cách làm lạnh từ nhiệt độ... nhiễu mật độ gần bề mặt [3,5] Điều cho thấy bề mặt tự hay mặt phân cách với lớp làm tăng mạnh động lực học nguyên tử bề mặt tạo thành lớp bề mặt với nguyên tử có độ linh động cao Do đó, màng mỏng... nhanh với bề mặt tự thể chế chuyển pha không đồng nhất, không chế chuyển pha đồng hệ vật liệu khối; nghĩa vùng dạng rắn xuất tăng lên lõi đồng thời phát triển phía bề mặt (4) Do bề mặt tự do, hầu