該研究團隊包括東京大學工學研究生院 Yasushi Shibusa 副教授、京都工業大學機械工程系 Tomohiro Takagi 副教授和北海道大學工學研究生院 Soichi Ohno 副教授，開展大尺度分子動力學研究，通過方法模擬再現了過冷純金屬熔體的均質成核過程，發現均質成核過程中出現局部不均勻性。
成核是一種出現不同熱力學狀態的現象，例如在凝固過程中液體中局部晶體的生成，在材料和半導體工業中受到重視。然而，在實際環境中，成核是由雜質或容器壁發生的，因此很難觀察到均勻的成核。在跟踪所有原子的位置和速度的分子動力學模擬中，需要在液體和固體等兩種狀態的時間尺度上模擬大量原子，並且計算的時空尺度存在限制系統。
這次，研究團隊使用GPU獨特的分子動力學代碼，在GPU超級計算機“TSUBAME 2.5”上並行使用512個GPU進行了分子動力學模擬。具體來說，他們將由超過 10 億個原子組成的純鐵熔體保持在過冷狀態，並觀察了成核過程。
結果，我們發現過冷熔體中出現的主導核周圍的液體中二十面體的局部結構增加，從而誘發了大量的衛星核。我們還發現，具有低晶界能的特定取向關係的其他晶粒從一些先前晶核的表面異質成核，這表明即使在均質成核過程中也存在局部異質性。
這項研究的結果是通過在原子水平上再現該現象的過程而獲得的，據說提供了可用於改進材料的實際加工的知識。
論文信息：【Nature Communications】純金屬凝固的十億原子分子動力學模擬均相成核的異質性
