Компьютерное моделирование жидкого цинка

Разработан потенциал модели погруженного атома для цинка, позволяющий рассчитывать методом молекулярной динамики свойства жидкого цинка как при обычном давлении, так и в сильно сжатых состояниях. При расчете потенциала использованы данные по плотности, энергии и сжимаемости жидкого цинка, а также данные по ударному сжатию цинка. Парный вклад в потенциал и потенциал погружения представлены аналитическими функциями. Рассчитаны свойства жидкого цинка при температурах до $1500$ К. При $T<1000$ K значения энергии, модуля всестороннего сжатия и коэффициента самодиффузии, а также парные корреляционные функции хорошо согласуются с опытом. Электронный вклад в теплоемкость при этих температурах невелик. Построены модели цинка при плотности до $15.86\text{ г/см}^3$ и давлении до $773$ ГПа. При ударном сжатии модели цинка плавятся при степенях сжатия $V/V_0<0.7$ и температурах свыше $1900$ К. При температурах выше $20000$ К отмечен заметный вклад энергии возбуждения электронов в энергию цинка. Средняя избыточная теплоемкость электронов при $30000$–$50000$ К оценена в $\sim12$ Дж/моль К. Расхождения между молекулярно-динамическим расчетом и моделью Грюнайзена при низких температурах относительно невелики, но возрастают с увеличением температуры. Построена серия моделей нанокластеров цинка с «магическими» размерами $55$ и $147$ атомов. После охлаждения от $600$ до $10$ К кластеры имеют аморфную структуру с энергией немного ниже, чем у икосаэдрической или кубооктаэдрической конфигураций. По зависимости энергии кластеров от размера рассчитана величина поверхностной энергии цинка при $T=0$, равная $1.3\text{ Дж/м}^2$.