Направления:

Метастабильная кристаллическая фаза при перегреве и растяжении

Известными и хорошо изученными примерами метастабильных фаз являются переохлажденный пар и перегретая жидкость. При импульсных воздействиях большой мощности (за фронтом ударной волны, при облучении фемтосекундными лазерными импульсами, при наносекундных электровзрывах проводников) возможна реализация перегретой твердой фазы. В ударно-волновых экспериментах вещество в кристаллической фазе оказывается метастабильным при сильном растяжении. Характерные времена релаксации в твердом теле при значительных перегревах и растяжениях малы, что позволяет проводить моделирование методом молекулярной динамики и дополнить теоретические подходы результатами численных расчетов.

В нашей группе ведется работа по исследованию метастабильного твердого тела: исследуются механизмы распада перегретой/растянутой фазы - образование и рост зародышей расплава, зарождение и развитие трещин и полостей. Расчет позволяет получить температурную зависимость скорости гомогенной нуклеации и скорости распространения фронта плавления с гетерогенных участков. Путем сравнения различных критериев устойчивости кристалла (термодинамического, механического, кинетического) на диаграмме состояния определяется положение предела устойчивости (спинодали) твердой фазы. Линии плавления и спинодали могут быть продолжены на диаграмме состояния вещества в область отрицательных давлений, соответствующих растяжению кристалла. Данная проблема представляет фундаментальный теоретический интерес. Существующие подходы предсказывают разные сценарии в этой области. Компьютерное моделирование в этой ситуации является уникальным инструментом исследования.

Данные численного моделирования используются для построения модели процесса фазовых превращений в экспериментах. Так начальная стадия наносекундного электровзрыва микропроволочек может быть описана как нагрев и распад перегретой кристаллической фазы, а последующие процессы - как релаксация неравновесной неидеальной плазмы.

Моделирование неравновесных релаксационных процессов в метастабильных кристаллах интересно с точки зрения развития самого метода молекулярной динамики. Например, в связи с расчетами времени жизни перегретого кристалла был проиллюстрирован статистический характер результатов расчетов на временах больших времени динамической памяти.