Fast and slow crystal growth kinetics in glass-forming melts

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作者
J. Orava,A.L. Greer
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:140 (21) 被引量:113
标识
DOI:10.1063/1.4880959
摘要

Published values of crystal growth rates are compared for supercooled glass-forming liquids undergoing congruent freezing at a planar crystal-liquid interface. For the purposes of comparison pure metals are considered to be glass-forming systems, using data from molecular-dynamics simulations. For each system, the growth rate has a maximum value Umax at a temperature Tmax that lies between the glass-transition temperature Tg and the melting temperature Tm. A classification is suggested, based on the lability (specifically, the propensity for fast crystallization), of the liquid. High-lability systems show “fast” growth characterized by a high Umax, a low Tmax / Tm, and a very broad peak in U vs. T / Tm. In contrast, systems showing “slow” growth have a low Umax, a high Tmax / Tm, and a sharp peak in U vs. T / Tm. Despite the difference of more than 11 orders of magnitude in Umax seen in pure metals and in silica, the range of glass-forming systems surveyed fit into a common pattern in which the lability increases with lower reduced glass-transition temperature (Tg / Tm) and higher fragility of the liquid. A single parameter, a linear combination of Tg / Tm and fragility, can show a good correlation with Umax. For all the systems, growth at Umax is coupled to the atomic/molecular mobility in the liquid. It is found that, across the diversity of glass-forming systems, Tmax / Tg = 1.48 ± 0.15.
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