Supercooled vortex liquid and quantitative theory of melting of the flux line lattice in type II superconductors
在排斥物体的系统中，直到零温度都存在一种亚稳的均匀状态。因此，零“波动温度”液态用作控制低于甚至在熔点附近的涡旋液体的性质的（伪）“固定点”。在零温极限下，液体存在马德隆常数，该常数比固体的马德隆常数高出约等于熔化潜热的量。这一结果得到了磁场中可精确求解的大$N$ Ginzburg-Landau模型的支持.基于这一认识，我们应用Borel-Pade重算技术发展了第二类超导体中涡旋液体的理论。讨论了有效最低朗道能级模型的适用性，并计算了由于较高能级引起的修正。结合前面对涡旋固体的定量描述，确定了熔化线的位置。计算了沿其方向的磁化强度、熵和比热跃变。无论熔化温度如何，液体的磁化强度都比固体的磁化强度大$% 1.8%$。我们比较了高$T_{c}$铜氧化物$YBa_{2}Cu_{3}O_{7}$，$DyBCO$，低$% T_{c}$材料$(K,Ba)BiO_{3}$的实验结果和蒙特卡罗模拟。
2003-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Dynamics and Rheology of a Supercooled Polymer Melt in Shear Flow
采用分子动力学模拟方法，研究了由珠数N=10的短链组成的模型聚合物熔体在过冷态下的动力学行为。在静态条件下，计算应力松弛函数$G(t)$，其在$α$松弛时间$τ_α$的时间尺度上表现出拉伸指数松弛，并最终遵循由时间$τ_{\rm R} \sim N^2 τ_α$表征的Rouse动力学。在施加剪切$\gdot$之后，对于小于0.1的应变，瞬态应力增长$σ_{xy}(t)/\gdot$首先服从线性增长$\int_0^t dt'G(t')$，但是对于更大的应变，饱和成非牛顿粘度。在稳定状态下，剪切$\gdot$大于$τ_{\rm R}^{-1}$时发生剪切稀化和链伸长成椭球形。在强剪切作用下，我们发现链发生随机翻滚运动，交替呈现拉伸和紧凑的形状。我们检查的应力张量和介电张量，违反在瞬态由于存在一个大的玻璃组分的应力的各向异性部分之间的应力光学关系的有效性。此外，我们引入剪切的时间相关函数来计算剪切依赖的弛豫时间，$τ_α(T,\gdot)$和$τ_{\rm R} (T,\gdot)$，其在剪切稀化区域中作为$\gdot$的函数非线性地减小。
2002-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The solidification of a disk-shaped crystal from a weakly supercooled binary melt
冰晶从液相生长的物理学，特别是在盐的存在下，受到的关注远远少于雪晶从汽相生长。通过过冷盐水溶液的固化的所谓的冰渣冰的生长与基面中的晶体生长一致，所述基面中的晶体生长受到从固-液界面扩散去除固化的潜热的限制，同时受到垂直方向上的附着动力学的限制。这导致形成具有与半径相比低的厚度纵横比的近似盘形晶体，因为径向生长比轴向生长快得多。我们用数值方法计算了盘状晶体在纯熔体和二元熔体中生长的速度，考虑了相对较慢的轴向生长、流体相中溶解溶质的影响以及固相和液相之间热性质的差异。我们确定了控制晶体生长的主要物理机制，并表明，扩散去除的潜热释放，也拒绝在生长界面的盐是显着的。我们的计算表明，某些以前的参数化，缩放参数的基础上，大大低估了晶体生长速率的一个因素的顺序为10-100低纵横比磁盘，并提供了一个参数化模型中使用的冰晶生长环境设置。
2015-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.ao-ph
Interatomic repulsion softness directly controls the fragility of supercooled metallic melts
我们提出了一个分析方案，连接的脆弱性和粘弹性的金属玻璃的有效离子-离子相互作用的金属。这是通过对相互作用的短程排斥部分的近似来实现的，结合非仿射晶格动力学来获得离子-离子相互作用的剪切模量、粘度和脆性的解析表达式。通过拟合的理论模型的实验数据，我们能够链接的陡峭度的电子排斥到的Escheras-Fermi屏蔽库仑排斥和玻恩-迈耶价电子重叠排斥各种合金。其结果是一个简单的封闭形式的表达的脆性的过冷液体金属在几个关键的原子尺度的相互作用和非谐参数。特别是，一个线性关系之间的脆弱性和屏蔽库仑和电子重叠排斥的能量尺度。这种关系为根据一般原理通过合理调整合金的化学成分来制造具有定制的热弹性和脆性的合金提供了机会。这里提出的分析带来了一种新的方式来看待金属和类金属的外壳电子结构及其粘弹性和脆性之间的联系。
2015-10-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Critical assessment of the equilibrium melting-based, energy distribution theory of supercooled liquids and application to jammed systems
尽管进行了数十年的深入研究，但过冷液体在接近玻璃化转变时的非凡动力学机制仍然存在，充其量是被错误描述，最坏的情况是被误解。长期以来的努力是理解粘度随过冷的显著增加。最近，一个新的理论过冷液体已被提出，从第一原理开始，使用基本的统计力学参数，推导出一种形式的粘度，其中只包含一个单一的拟合参数在其最简单的形式。在这一点上，我们证明，这种完全相同的形式可能来自不同的起点，然后严格审查其性能。在这个过程中，我们发现，提出的功能形式适合的粘度数据的一个不同的组45液体非常好，在很宽的温度范围内，并揭示了一些有趣的相关性的单个参数与各种热力学量，最终允许从高温数据的预测低温粘度。此外，我们发现，类似的物理推理，可以用来推导出一个类似的，单参数的硬球/堵塞液体的粘度的形式。我们证明，这种形式准确地再现硬球的粘度，这表明在亚稳动力学的潜在的普遍性。
2017-01-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Crystallization of Lennard-Jones nanodroplets: from near melting to deeply supercooled
我们进行了分子动力学（MD）和蒙特卡罗（MC）模拟，以表征在很宽的温度范围内的600 Lennard-Jones粒子的液体团簇的成核。我们使用的平均首次通过时间的形式主义，以确定的速率，并发现经典成核理论（CNT）预测的速率相当不错，即使采用简单的建模的微晶形状，化学势，表面张力和颗粒附着率，下降到液滴失去亚稳性和结晶的温度进行通过生长限制成核在不平衡的液体。低于该交叉温度，当MC模拟用于直接计算CNT所需的量时，仍然预测成核速率。从MD和MC获得的临界胚胎大小的差异出现时，孪生结构与五重对称性提供了一个竞争的自由能途径的临界区域。我们发现，结晶开始于hcp-fcc堆叠的前临界核，当这些胚成为临界时，发生向各种末端结构的分化。我们确认，使用系统中最大的胚胎作为反应坐标是有用的，在确定生长限制成核的发病，并表明它给出了相同的自由能垒作为完整的集群大小分布，一旦确定了适当的参考状态。我们发现，批量熔化温度控制的速率，即使液滴的固-液共存温度是显着较低。的表面张力，使CNT和直接速率测定之间的密切协议的值显着低于预期的散装系统。
2015-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
High-speed synchrotron X-ray imaging of melt pool dynamics during ultrasonic melt processing of Al6061
针对激光增材制造中金属超声处理细化微观结构的机制未被直接观测的问题，采用高速同步辐射X射线成像结合多物理场模拟，揭示了20.2kHz超声对Al6061熔池的作用及提升零件质量的潜力。
2024-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Liquid-to-liquid phase transition underlying the structural crossover in a supercooled metallic liquid
在玻璃形成液体中存在的“交叉区域”长期以来被认为是一种普遍现象，与玻璃化转变一样重要。交叉行为的一个潜在起源是液-液相变（LLPT）。尽管LLPT被认为存在于所有形式的液体中，但其结构证据，特别是在过冷液体中，是稀缺的，难以捉摸的，并且在许多情况下是有争议的。在过冷液体中寻找LLPT的一个关键挑战是冷却过程中结晶的干扰。结晶诱导主要的结构变化，这可能压倒并因此掩盖与LLPT相关的更微妙的变化。在这里，我们报告的金属玻璃形成液体（Zr57Nb5Al10Cu15.4Ni12.6），在~1000 K，温度远低于液体的熔化温度和150 K以上的结晶温度，在液体结构中显示出明显的变化的原位无容器同步加速器研究的结果。结构转变的特征在于低于转变温度的短程有序和扩展有序的增长，并且伴随着密度的同时变化。这些数据提供了强有力的证据LLPT在过冷金属液体，特别是在最近的计算机模拟研究。在金属液体中发现的LLPT支持了越来越广泛的观点，即LLPT可能是各种液体的共同特征。
2015-09-11 cond-mat.mtrl-sci
An extreme value statistics model of heterogeneous ice nucleation for quantifying the stability of supercooled aqueous systems
该研究提出结合泊松统计与双变量极值统计的异质冰核化模型，以同时捕捉核化的时间依赖性和样本间变异性，并通过生理盐水实验量化冻结概率，为稳定过冷生物保存方案的设计提供依据。
2023-04-20 cond-mat.mtrl-sci
A one parameter fit for glassy dynamics as a corollary of the equilibrium liquid to solid transition
我们应用微正则系综的考虑表明，无论何时它可能热化，一个一般的无序多体哈密顿量的一个典型的原子系统具有固体状的本征态在低能量和流体型（和气体，等离子体）本征态与能量密度超过那些存在于熔化（和，分别，更高的能量）过渡（S）。特别地，这种干净的多体原子系统的本征态经历非解析变化的最低能量密度是熔化（或凝固）跃迁的能量密度。我们引用这一观察来分析液体在过冷时的演变（即，足够快速地冷却以避免在凝固温度以下凝固）。将过冷液体的波函数扩展到多体哈密顿量的完整本征基中，只有较高能量的液体型本征态对可测量的流体动力学弛豫有显著贡献（例如，通过粘度探测的那些），而静态热力学可观测量变为固体和液体型本征态的加权平均值。因此，当外推到低温时，深度过冷液体（即，玻璃）可能看起来在几乎相同的温度下发散，在该温度下，过冷液体的外推熵变为固体的外推熵。在这个正式的量子框架中，过冷液体随着温度的降低而变得越来越缓慢（和空间不均匀）的动力学源于在低能固体型本征态中存在的平衡熔化转变处的清洁多体哈密顿量的本征态的单个非分析变化。我们推导出一个单一的（可能是可计算的）无量纲参数适合的粘度，并建议我们的方法的其他可测试的预测。
2016-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Viscous Properties of Nickel-Containing Binary Metal Melts
用分子动力学方法研究了含镍二元金属熔体在宽温度范围内的粘度，包括平衡液相区和过冷熔体区。结果表明，二元金属熔体粘度的温度依赖性可用Kelton准普适模型描述。基于Rosenfeld标度变换框架内二元熔体组分粘度系数的分析，已经确定，为了在熵模型框架内正确描述二元/多组分金属熔体粘度，必须使用比对相关熵$S_2$近似更复杂的过量熵$S_{ex}$表示。
2020-12-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the role of confinement on solidification in pure materials and binary alloys
我们使用相场模型来研究约束对枝晶生长的影响，在过冷熔体中凝固的纯材料中，以及在稀二元合金的定向凝固中。具体而言，我们观察到的效果不同的垂直域范围（$δ$）尖端的选择，通过量化的枝晶尖端速度和曲率的函数$δ$，和其他工艺参数。随着$δ$的减小，我们发现枝晶尖端的工作状态受到有限边界存在的显著影响。对于特定的边界条件，我们观察到的开关的生长状态从3-D到2-D在非常小的$δ$，在纯材料和合金。我们表明，从合金模型的结果相比，从实验研究调查这种效果。
2006-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Real-time observation of the isothermal crystallization kinetics in a deeply supercooled liquid
低于熔化温度时，$T_m$晶体是典型的元素或分子体系的稳定相。然而，将液体冷却到低于$T_m$，结晶是不可避免的。液体可以过冷，最终形成低于玻璃化转变温度$T_g$的玻璃。尽管它们具有长的寿命和产生表观稳定性的强势垒的存在，但过冷液体和玻璃保持固有的亚稳态和对晶体的热稳定性不稳定。在这里，我们研究了在深过冷液体在1100 K，大约一半之间的$T_m$和$T_g$的原型强玻璃形成剂GeO $_2$的等温结晶动力学。结晶过程已通过时间分辨中子衍射观察了约三天。数据显示，无定形结构向α-石英相连续重组，最终材料由陷入低密度残余无定形基质的结晶域组成。的衍射图案的定量分析，可以确定的时间演变的相对分数的晶体和非晶，这是通过一个经验模型解释的结晶动力学。这种方法提供了一个很好的描述的实验数据，并确定了晶体和非晶之间的捕食者-猎物一样的机制，密度变化作为阻挡屏障。
2016-11-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Potential energy landscape picture of zero-temperature avalanche criticality governing dynamics in supercooled liquids
Toyota Central R&D Labs., Inc.（丰田中央研究所）；D3 Center, The University of Osaka（大阪大学D3中心）；Department of Physics, The University of Osaka（大阪大学物理系）；Department of Physics, Nagoya University（名古屋大学物理系）；Division of Chemical Engineering, Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka（大阪大学工学研究科化学工程专攻）
通过分子动力学模拟，研究揭示了超冷却液体中非平凡慢动力学可通过零温度崩塌临界性图景描述，提出统一解释模式耦合转变附近现象的潜在能景观模型。
2026-04-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Orientation selection in alloy dendritic evolution during melt-pool solidification
本研究针对金属增材制造中高速凝固熔池的枝晶取向选择机制未明的问题，采用二维相场模型探究二元合金胞状-枝晶阵列倾斜生长的影响因素，建立取向选择图谱，为相关材料的亚晶结构等调控提供参考。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Boundary conditions and heat resistance at the moving solid--liquid interface
导出了凝固纯熔体固液界面的边界条件。在推导过程中采用了Gibbs界面模型。边界条件既包括体相在界面处的状态量，也包括表征界面表面的量，如表面温度和表面热流。引入表面温度作为自变量，使我们能够描述在界面处的散射能量。对于平面界面的稳态运动，得到了跨相界温度不连续性的表达式。考虑了Kapitza阻力对界面速度的影响。结果表明，热阻导致凝固动力学的非线性，即“速度-过冷度”关系。找到了平面界面稳态运动的条件。
2016-11-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Neutron imaging of high-temperature Na-Zn Cells: implications for cell design and fabrication
该研究通过中子射线成像技术观察高温Na-Zn电池，发现制造过程中产生的截留气泡会显著增加欧姆电阻并干扰电池运行，指出需改进隔膜设计或制造工艺以抑制气泡形成。
2024-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution during rapid solidification of hypoeutectic Al-Ag alloys near absolute stability
Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；Northeastern University（东北大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
研究通过动态透射电子显微镜和相场模拟探讨了亚共晶Al-Ag合金在接近绝对稳定性极限时的微观结构演变，揭示了生长速率与绝对稳定性极限的关系，并通过实验验证了预测结果。
2026-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Specific Heat Anomalies and Local Symmetry Breaking in (Anti-)Fluorite Materials: A Machine Learning Molecular Dynamics Study
本研究用机器学习分子动力学模拟（反）萤石材料（二氧化钍、氧化锂）的高温性质，发现局域序参量可表征比热异常，并揭示高温下液体型局域结构主导及亚晶格特征消失。
2024-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Topological Description of the Solidification of Undercooled Fluids and the Temperature Dependence of the Thermal Conductivity of Crystalline and Glassy Solids Above Approximately 50 K
采用四元数取向序参量描述凝固过程，研究了晶态和非晶态固体热输运性质的拓扑起源。全局取向秩序，实现了自发对称性破缺，是防止在有限的温度下的系统，存在于有限的尺寸（Mermin-Wagner定理）。正如复杂的有序系统在二维和一维中存在于有限维中一样，由于序参量的维数，四元数有序系统在四维和三维中也存在于有限维中。就在熔化温度以下，自发产生的拓扑缺陷形式的取向偏差波动阻止了固态的发展。使用O（4）量子转子模型很好地描述了这样的凝固系统，并且预期缺陷驱动的Berezinskiii-Kosterlitz-无相变（BKT）转变将过冷流体与结晶固体状态分离。在受限的维度中，除了取向有序的基态之外，取向无序的基态可以通过调整相关O（n）量子转子模型哈密顿量中的非热参数来实现;因此，预期玻璃状固体状态作为O（4）量子转子模型的不同基态而存在。在这种凝固的拓扑框架内，有限的Kauzmann温度标志着晶体和玻璃态之间的一级转变，在属于O（4）量子转子模型的“自对偶临界点”。这种跃迁是属于O（2）约瑟夫森结阵列（JJAs）的量子相变的高维模拟。晶体和玻璃态固体的热输运性质，高于约50 K，被认为是沿着电传输性质的JJA跨超导体到超绝缘体的过渡。
2018-11-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
