目的：介绍Forcite和嵌入原子势方法力场在共存法计算金属熔点中的应用。

所用模块：Forcite Plus、Amorphous Cell

背景

材料熔化温度的测定在某种材料的许多应用领域具有重要意义。

测定材料熔点的最基本方法是简单地加热一个固体单位晶胞，直到其熔化。实际上，这意味着运行NVT或NPT系综的动力学模拟，同时在运行过程中增加恒温温度，模拟真实实验。然而，由于分子动力学中使用的时间尺度很小，加热速率非常高。同时体系的尺度也很小，会导致过热，因此仅能计算出融化温度的上限。以类似的方式，液体也可以冷却到晶态固体，从而产生滞回线，在滞回线之间可以找到熔化温度。

一个稍微复杂一点的程序是共存法，即在接近预测熔化温度的温度下构建固液界面晶胞。这种方法中的主要计算通常在NVE或NPH系综下进行。如果整个体系的温度低于熔化温度，晶胞中的某些区域将结晶，产生潜热并升高温度。同样，如果温度过高，晶胞中的一些区域将熔化，从而对体系进行冷却。这样，如果分子动力学计算运行足够长的时间，将平衡到熔化温度。

“通过分子动力学精确计算熔化曲线Precise calculation of melting curves by molecular dynamics”一文 (Karavaev, 2016)，对测定熔点的不同方法进行了概述。

除了评估熔点外，共存法还可用于获得相关性质，如固液界面的刚度或能量，这些性质可作为更粗粒化的方法（如相场模型）的参数。

介绍

本教程介绍如何使用共存法计算fcc铜晶体的熔化温度。将使用 (Asadi, 2015)中所述方法的修改和简化版本。

本教程包括如下部分：

• 开始

• 创建力场

• 平衡晶体构型

• 平衡液体结构

• 构建共存单位晶胞

• 确定熔化温度

注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将工程中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。

1、开始

首先启动Materials Studio并创建一个新工程。

打开New Project对话框，输入CoexistenceMelt作为工程名，单击OK按钮。

新工程将以CoexistenceMelt为工程名显示于Project Explorer中。

2、创建力场

首先需要一个合适的力场，Materials Studio中包含几个EAM力场。但是，可能需要使用不同的、更适合具体研究体系的力场，或者需要使用标准Materials Studio力场中未包含的元素。EAM 力场通常以几种标准格式之一的表格形式发布，Materials Studio包含一个脚本，用于将这些格式转换为.off格式。还提供了两个包含表格化EAM数据的示例文件，本教程中将使用其中一个。

单击Import按钮并导航到Examples\Scripting文件夹。确保选中All Files (*.*)，然后双击ConvertEAMtoOFF.pl。

再次单击Import按钮并双击CuNi_Example.eam.alloy.txt。

在Project Explorer中，双击ConvertEAMtoOFF.pl。将输入文件名（第35行附近）更改为CuNi_Example.eam.alloy，然后按下CTRL+S键。

在Scripting工具栏上，单击Debug按钮。

提示：可以将EAM转换脚本添加到User菜单命令中，并将输入文件名作为参数。有关更多信息，请参阅User菜单教程中的执行脚本（Executing scripts）教程。

脚本现在应该运行，并创建一个名为CuNi_Example.eam.alloy.off的力场文件。打开并查看力场。

打开CuNi_Example.eam.alloy.off力场，选择Interactions选项卡。打开Show interaction下拉菜单。

EAM力场由三种类型的相互作用组成：电子密度、嵌入函数和EAM对势。

一对原子i和j的电子密度函数描述了原子j对i受到的电子密度的贡献。对i的所有邻域求和，得到总电子密度ρ，它构成嵌入函数的输入。接下来，将为铜创建嵌入函数的图像。

将Show interaction设置为Embedding Function。选择Cu力场类型的行。

在Interactions选项卡的顶部，单击Extract To。

创建一个包含两列的数据表，其中包含一系列密度的嵌入能量。

在数据表中选择A列和B列。单击Study Table Viewer工具栏上的Quick Plot按钮

图中显示了当铜原子嵌入给定电子密度的场中时，所储存的能量。在密度为0时，嵌入能量为0，并且随着密度的增加，嵌入能量（负值）的绝对值增加。在一定密度下，嵌入能量变得不那么有利。

将Show interaction设置为EAM Pair Potential。选择用于Cu和Cu力场类型组合的行。在Interactions选项卡的顶部，单击Extract To。

在数据表中，选择A列和B列，然后单击Quick Plot按钮。

EAM对势在很大程度上是排斥的，可以防止原子在嵌入能的作用下坍塌。

从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。

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