Molecular Dynamics Simulation of Vitrification and Plastic Deformation of a Two-Dimensional Lennard-Jones Mixture (original) (raw)

A computer model of a two-dimensional atomic glass is generated by molecular dynamics. This model consists of 500 Lennard-Jones particles of two different diameters. A volume-temperature diagram is obtained. The bend found on this diagram at T = 0.288 is interpreted as the glass transition. Density fluctuations and changes in the particles coordination numbers at the glass transition are studied by means of Voronoy polygons. The spatial correlation functions for particle displacements in the liquid and glassy states are analyzed. It is found that the glass structure is always a frozen liquid structure. Below the glass transition particle displacements from their equilibrium positions become spatially correlated, and the correlation length is greater than the model's size. Unusual roton-like collective vibrational modes are found in the glass. The simulation of shear deformation shows that these modes may play an important role in the plastic deformation. No correlation is found between the diffusional mobility of particles and their local free volumes. This fact contradicts the main physical concept upon which a free volume approach is based. Ein Computermodell eines zweidimensionalen atomaren Glases wird mit Molekulardynamik generiert. Das Modell besteht aus 500 Lennard-Jones Teilchen mit zwei verschiedenen Durchmessern. Ein Volu-men-Temperaturdiagramm wird erhalten, in. dem die Krummung bei T = 0,28~ als Glasubergang interpretiert wird. Dichteschwankungen und Anderungen der Koordinationszahlen der Teilchen beim Glasubergang werden mit Voronoy-Polygonen studiert. Die raumlichen Korrelationsfunktionen der Teilchenverschiebung im flussigen und glasartigen Zustand werden untersucht. Es wird gefunden, daB die Glasstruktur immer eine eingefrorene Flussigkeitsstruktur ist. Unter dem Glasubergang werden die Verschiebungen der Partikel weg von den Gleichgewichtspositionen raumlich korreliert, und die Korrelationslange ist groBer als die ModellgroBe. Uniibliche rotationsahnliche kollektive Eigenschwin-gungen werden im Glas gefunden. Die Simulation von Scherung zeigt, daB die Eigenschwingungen eine wichtige Rolle in der plastischen Deformierung haben konnten. Es kann keine Korrelation gefunden werden zwischen Diffusionsmobilitat von Teilchen und ihrem freiem Volumen. Dies widerspricht dem grundlegenden physikalischen Modell, das auf dem Konzept des freien Volumens basiert.