Dynamics of Temperature Driven Phase Transitions

Abstract

我々はSF_6分子クラスターにおける2種の固体構造(bcc配位の無秩序相と歪んだ単斜配位の秩序相)の"熱的な"共存が、TeF_6分子クラスターに比べて、計算機実験において観測に掛りづらい原因を解析した。本稿では、遷移"温度"近傍のエネルギー一定のMDトラジェクトリーを継続的にconjugate gradient法を用いて徐冷することで、(SF_6)_<89>クラスターの場合(ポテンシャルエネルギー面上で鞍点を介して)相互に繋がっている極小エネルギー構造間の相対エネルギーは、完全な配位秩序相に相当する最安定エネルギー構造を除いて、ほぼ同じであること;(SF_6)_<89>クラスターでは部分的に秩序を持った構造が占める相空間体積の割合が"秩序-無秩序相の共存がシュミレーションにおいて容易に達成される"(TeF_6)_<89>クラスターに比べて小さいこと;SF_6とTeF_6分子は同じ対称性を持ち、かつ同じ原子間相互作用ポテンシャル関数で記述されているが、ポテンシャルエネルギー面のtopographyは、「系のダイナミックスを大きく左右する」局所安定点-鞍点-(別の)局所安定点(minimum-saddle-minimum)のエネルギー比において、顕著に異なっており、この違いが「TeF_6は(SF_6に比べて)部分秩序相により長く滞在し、共存相が観測される温度領域において高いエネルギーの局所安定点群と部分秩序相を有意に分離させている」原因となっていること、を示す。

We have investigated why the thermal coexistence of two solid structures (bcc orientation disordered phase and strained monoclinic orientation ordered phase) is more difficult to be observed in computer simulations of SF_6 molecule clusters than of TeF_6 molecule clusters. By successive conjugate gradient quenching of constant energy MD trajectories in the vicinity of transition temperatures we show that in the case of (SF_6)_<89> cluster the relative energies of the most linked minima differ only a little. An exception is the global minimum related to a complete orientation ordered phase. At relevant temperatures, the fraction of the available phase space of the (SF_6)_<89> cluster corresponding to a partially-ordered structure is smaller than it is for the (TeF_6)_<89> cluster. The latter readily exhibits coexistence of the ordered and disordered forms, in simulations. Although the SF_6 and TeF_6 molecules have the same symmetry and we use the same form of interatomic interaction potentials to describe their clusters the topographies of the potential energy surfaces differ significantly in the values of minimum-saddle-minimum ratios that determine the system dynamics. This results in better separation of the higher-energy local minima of the TeF_6 cluster, and longer residence times in the partially-ordered form, in the temperature range of coexistence. PACS:36.40Ei, 64.70Kb, 02.70Lq, 61.50-f