铜纳米团簇热力学性质分子动力学模拟：熔点、凝固点与结构变化

"铜原子纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究，利用Johnson的EAM作用势，探讨CuN纳米团簇在热化和冷凝过程中的结构与热力学变化，研究发现熔点和凝固点随尺寸增加而线性上升，接近大块晶体，并存在凝固点低于熔点的滞后现象，以及熔点和凝固点附近的负热容特性。" 这篇论文详细介绍了对铜原子纳米团簇热力学性质的研究，采用了分子动力学模拟这一现代计算物理学的方法。研究对象是CuN纳米团簇，其中N的值分别为80、140、216、312、408、500、628和736，这些团簇在热化和冷凝过程中的行为是研究的重点。论文中提到的模型基于Johnson的嵌入原子模型（EAM），这是一种广泛用于模拟金属和合金系统中电子密度和势能的半经验势函数。 通过模拟，研究者发现铜纳米团簇的熔点和凝固点随着团簇尺寸的增加而呈线性增长，并且趋向于大块晶体的性质。这种现象揭示了纳米尺度下的固体与宏观固体在热力学行为上的差异。值得注意的是，所有团簇的凝固点均低于其熔点，这种凝固过程中的滞后现象是纳米材料特有的，可能源于其表面与体积效应的相互作用。 此外，论文还指出在熔点和凝固点附近，纳米团簇表现出负热容的特性，即在相变过程中，团簇的热容会出现负值。负热容的出现是由于团簇内部结构在相变前后的显著变化导致的。这一发现对于理解纳米材料的相变行为及其动力学过程有着重要意义。 纳米团簇的这些特性对于纳米技术领域具有深远的影响，因为它们直接影响到纳米材料的合成、稳定性和应用性能。通过分子动力学模拟，科学家能够更深入地理解这些微观结构如何影响材料的宏观性能，从而指导新型纳米材料的设计和制备。然而，由于实验条件的限制，此类研究通常依赖于先进的计算方法，如MD模拟，这使得理论计算在纳米科学中扮演了不可或缺的角色。因此，该论文的工作对于推动纳米科技的发展和理解纳米团簇的热力学行为提供了宝贵的数据和理论支持。