Атомистическое компьютерное моделирование локальной структуры и свойств смешения твердого раствора гроссуляр–уваровит
Для изучения свойств смешения и локальной структуры в изоморфной системе гранатов ряда гроссуляр Са 3Al 2[SiO 4] 3 — уваровит Са 3Cr 2[SiO 4] 3 применена оригинальная методика атомистического компьютерного моделирования твердых растворов замещения. Параметры межатомных потенциалов для крайних членов этого ряда оптимизированы с использованием экспериментальных данных об их структурных, упругих и термодинамических характеристиках. Оптимизированная модель потенциалов позволила корректно описать упругие, структурные и термодинамические характеристики гроссуляра и уваровита, а также оценить энергетику точечных дефектов в этих кристаллических структурах. Расчеты свойств смешения и локальной структуры для 7 разных составов твердого раствора выполнены на суперкомпьютере СКИФ «Чебышев» МГУ для сверхъячейки 2×2×4 структурного типа граната, содержащей 2560 атомов. Определены такие свойства смешения, как энтальпия смешения, параметры взаимодействия, избыточный объем смешения, отклонения значений модуля сжатия от аддитивности, колебательный и конфигурационный вклад в энтропию смешения. Это позволило оценить область стабильности твердого раствора гроссуляр — уваровит. Построены гистограммы межатомных расстояний М—O (M=Ca, Al, Cr, Si) и O—O в сверхъячейке и оценены значения параметров релаксации и изменения объема октаэдров CrO 6 и AlO 6. Данные моделирования хорошо согласуются с экспериментальной информацией об этой системе и дополняют ее.