Elasticidad microscópica a partir de MD. I. Sistemas sólidos y fluidos a granel

Área de la Ciencia:

• Ciencia de materiales computacional
• Física de la materia condensada
• Física química.

Sus antecedentes:

• La modelización computacional, incluidas las simulaciones de dinámica molecular y Monte Carlo, estima las propiedades elásticas de los materiales a través de relaciones tensión-deformación.
• El método de fluctuación de tensión-tensión (SSF) calcula las propiedades elásticas a partir de simulaciones de equilibrio sin deformación.
• Las aplicaciones anteriores de SSF se limitaron a sólidos cristalinos y vidrios, con menos exploración en fluidos y biomateriales.

Objetivo del estudio:

• Demostrar la efectividad del método SSF para materiales simples de van der Waals y moleculares.
• Extender la aplicación de SSF a sistemas de fluidos y biomateriales.
• Validar el método SSF comparando los resultados con técnicas establecidas y datos experimentales.

Principales métodos:

• Se utilizó el método de fluctuación de tensión-tensión (SSF) para la estimación de propiedades elásticas.
• Se realizaron simulaciones de equilibrio para argón en fases sólida, líquida y gaseosa.
• Se simularon fluidos moleculares utilizando el campo de fuerza MARTINI de grano grueso, incorporando interacciones de múltiples cuerpos.
• Se aplicó una corrección impulsiva para potenciales truncados.

Principales resultados:

• El método SSF predijo con precisión los coeficientes elásticos y los módulos del argón en diferentes fases, coincidiendo con los métodos de deformación explícita y fluctuación de volumen.
• Los coeficientes elásticos y el módulo de volumen calculados para el argón sólido mostraron una excelente concordancia con estudios computacionales previos y datos experimentales.
• El método SSF capturó con precisión las propiedades elásticas de los fluidos moleculares, incluidos aquellos con interacciones de múltiples cuerpos.
• Se identificó una corrección impulsiva esencial para simulaciones precisas de fluidos y módulos de cizallamiento nulos.

Conclusiones:

• El método SSF es ampliamente aplicable en diversos sistemas de materiales, incluidos materiales moleculares y de van der Waals simples.
• El método SSF proporciona un enfoque robusto y eficiente para calcular el tensor de elasticidad completo a partir de simulaciones de equilibrio únicas.
• Este trabajo establece una base para utilizar el método SSF para caracterizar las propiedades elásticas de sistemas moleculares complejos y biomateriales.