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The Gibbs free energy of homogeneous nucleation: from atomistic nuclei to the planar limit

机译:均匀成核的吉布斯自由能:从原子核到平面极限

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摘要

In this paper we discuss how the information contained in atomistic simulations of homogeneous nucleation should be used when fitting the parameters in macroscopic nucleation models. We show how the number of solid and liquid atoms in such simulations can be determined unambiguously by using a Gibbs dividing surface and how the free energy as a function of the number of solid atoms in the nucleus can thus be extracted. We then show that the parameters of a model based on classical nucleation theory can be fit using the information contained in these free-energy profiles but that the parameters in such models are highly correlated. This correlation is unfortunate as it ensures that small errors in the computed free energy surface can give rise to large errors in the extrapolated properties of the fitted model. To resolve this problem we thus propose a method for fitting macroscopic nucleation models that uses simulations of planar interfaces and simulations of three-dimensional nuclei in tandem. We show that when the parameters of the macroscopic model are fitted in this way the numerical errors for the final fitted model are smaller and that the extrapolated predictions for large nuclei are thus more reliable.
机译:在本文中,我们讨论在拟合宏观成核模型中的参数时,应如何使用均匀成核的原子模拟中包含的信息。我们展示了如何通过使用吉布斯(Gibbs)分割表面来明确确定此类模拟中的固体和液体原子数,以及如何提取作为原子核中固体原子数函数的自由能。然后,我们表明可以使用包含在这些自由能谱中的信息来拟合基于经典成核理论的模型的参数,但是此类模型中的参数高度相关。这种关联是不幸的,因为它确保了计算出的自由能表面中的小误差会导致拟合模型的外推特性中的大误差。为了解决这个问题,我们因此提出了一种用于拟合宏观形核模型的方法,该方法使用了平面界面的模拟和三维核的串联模拟。我们表明,当以这种方式拟合宏观模型的参数时,最终拟合模型的数值误差较小,因此对大原子核的外推预测更为可靠。

著录项

  • 作者

    Tribello Gareth;

  • 作者单位
  • 年度 2017
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类

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