北京大学鄂维南院士的研究成果在Science发表

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北京大学鄂维南院士的研究成果在Science发表

来源： 北京大学数学科学学院网站


2014年11月7日，北京大学北京国际数学研究中心暨数学科学学院鄂维南院士

研究小组在Science杂志上发表题为“Microscopic mechanism of equilibrium

melting of a solid”的文章，报告了基于鄂维南和合作者所发展的稀有事件

新型算法对于揭示金属固体熔化微观机理的研究。


对于金属的熔化，传统的成核理论认为熔化是由于热噪声激发的单点成核并且

当液核大小跨过临界尺度后产生的固液相变现象。Lindemann在1910年提出，

金属熔化是由于原子的振动频率足够大使得邻居彼此产生大量碰撞而产生；而

玻恩在1935年提出的金属熔化准则为固体弹性刚性张量满足相应的失稳条件因

而剪切模量单调下降为0。这两种准则的正确性在学术界并不清楚。鄂维南研究

小组选取了铜、铝两个典型金属体系为研究对象，通过研究体系的时间尺度分

离性质以及寻找表征自由能的集体坐标，基于温度加速分子动力学技术和稀有

事件研究的有限温度弦方法，发现金属熔化的典型特征为熔化过程具有多个由

热噪声激发的亚稳态以及多条竞争性迁移路径，其中具有一个亚稳态的液态核，

当核的大小超过临界尺度大小时发生固液相变现象。分子动力学模拟表明，在

正常平衡熔点情形下Lindemann和玻恩的准则都是失效的，而通过进一步的模拟

发现在超高温情形下Lindemann和玻恩的准则都合理，这使得我们能清楚阐释

Lindemann和玻恩的争议。由鄂维南教授及其合作者在2005年所发展并已得到广

泛应用的有限温度弦方法是这一工作的核心算法之一。


文章刊登在Science第346卷, 北京大学是责任作者鄂维南院士的第一署名单位。

本研究得到国家自然科学基金委员会重大研究计划的支持。