Sobre la Transición Sólido-Líquido y la Inestabilidad Mecánica Provocada por Defectos en Dos Dimensiones

Abstract

Se estudió un sistema de 3,6864×104 partículas que interactúan a través del potencial de Lennard-Jones mediante dinámica molecular, usando un código paralelo que integra las ecuaciones de movimiento diseñadas para simular un sistema a tensor de presiones y temperatura constantes (NPT) en dos dimensiones. Se investigó una región del espacio de fase correspondiente a presión nula y temperaturas cercanas al punto de fusión, para comparar los resultados con las predicciones de la teoría de Kosterlitz, Thouless, Halperin, Nelson y Young (KTHNY). En esta teoría la fusión de un sólido bidimensional, provocada por los defectos topológicos, ocurre a través de dos transiciones de fase continuas. En la primera transición se pierde el orden traslacional y en la segunda el orden orientacional, resultando en un líquido que carece de orden. Los mecanismos que provocan la fusión tienen una estrecha relación con el comportamiento y la dinámica de los defectos, particularmente las dislocaciones y el desligamiento de pares de ellas. En la teoría KTHNY las constantes elásticas se acercan a un valor universal cuando el sólido se acerca a su temperatura de fusión. Con el n de explorar la compatibilidad del sistema simulado con la teoría se ha estudiado el comportamiento de la entalpía, las constantes elásticas, la fracción de defectos y se ha hecho un análisis visual de los defectos en función de la temperatura. También se investigó el número de iteraciones que demora el sistema en llegar al equilibrio en función de la temperatura y las condiciones iniciales. Se ha observado una transición de fase sólido líquido entre las temperaturas reducidas 0,40725 (sólido) y 0,4095 (líquido). Se ha estudiado el tiempo que demora el sistema en llegar al equilibrio en función de la temperatura. Al acercarse a la temperatura de transición este tiempo aumenta. El comportamiento de las propiedades mecánicas del sistema está en acuerdo con la teoría KTHNY. El análisis de los defectos presentes en el sistema a diferentes temperaturas permite concluir que en el sólido frío sólo se observan pares de dislocaciones ligadas mientras que al subir la temperatura y acercarse a la transición de fase se forman regiones densas de defectos y los pares se empiezan a desligar. En el líquido se ve una mayor concentración de defectos muy desordenados. Este escenario está de acuerdo con la teoría KTHNY que dice que la fusión ocurre a partir del desligamiento de pares de dislocaciones.