Nem-egyensúlyi morfológiák dinamikája = Dynamics of non-equilibrium morphologies

Elméleti módszereket és számítógépes szimulációkat használtunk az elsőrendű fázisátalakulásokhoz kapcsolódó morfológiák képződési dinamikájának vizsgálatára. Ennek keretében sűrűség funkcionál- és fázismező modelleket dolgoztunk ki a túlhűtött egy- és többkomponensű folyadékokban, ill. oxidüvegekben történő homogén nukleáció leírására. A modellparaméterek rögzítése atomisztikus szimulációkból ill. kísérletekből származó felületi jellemzők segítségével történt. A nukleációs gát magasságára vonatkozó paraméter-mentes jóslataink jól egyeznek az atomisztikus szimulációkból ill. kísérletekből származó eredményekkel. Fázismező elméletet dolgoztunk ki az egyensúlytól távoli, binér polikristályos megszilárdulás modellezésére két- és három dimenzióban. Ennek segítségével olyan komplex, a csíraképződés és növekedés kölcsönhatásával kialakuló morfológiák képződését írtunk le elsőként, mint a rendezetlen dendrites, szferolitos, és kristálykéve alakzatoké. Alacsony dimenziós, különböző kémiai összetevőket tartalmazó rendszereket vizsgáltunk, ahol a részecskék diffúziós mozgást végeznek és közöttük kémiai reakciók jöhetnek létre (reakció-diffúzió modellek). A rendszerben lezajló nem-egyensúlyi fázisátalakulást a mintába befagyott rendezetlenség jelenlétében tanulmányoztuk renormálási csoport módszerrel és numerikus szimulációval. Megállapítottuk, hogy kellően erős rendezetlenség mellett az átalakulás egy ún. végtelenül rendezetlen fix-ponttal írható le. | We applied theoretical methods and computer simulations to investigate morphologies forming during first order transformations and their dynamics. Along these lines, density functional and phase field models have been developed for describing homogeneous crystal nucleation in undercooled one- and two component liquids, and oxide glasses. The model parameters have been fixed using interfacial properties from atomistic simulations or experiment. Our parameter free predictions for the height of the nucleation barrier are in a good agreement with results from atomistic simulations or experiment. We have worked out a phase field theory for modeling polycrystalline solidification in binary alloys far-from-equilibrium in two and three dimensions. Using this approach, we were able to describe the formation of complex morphologies appearing via interacting nucleation and growth, such as the disordered dendritic, spherulitic, and crystal sheaf structures. We have studied multi-component low dimensional systems in which the particles show diffusive motion and chemical reactions take place between them (reaction-diffusion problems). In the presence of quenched disorder we have investigated the properties of non-equilibrium phase transitions by renormalization group method and by numerical simulations. We have shown that for strong enough disorder the transition is controlled by a so called infinite disorder fixed point

Komplex rendszerek dinamikája = Dynamics of complex systems

Térelméleti módszerekkel vizsgáltuk a túlhűtött folyadékból a kristályos fázisba átvezető kritikus fluktuációk tulajdonságait. Megmutattuk, hogy a Ginzburg-Landau sorfejtésen alapuló modellek kielégítő pontossággal adják meg a nukleációs gát magasságát. A polikristályos megszilárdulás 3D leírására a kristálytani orientáció kvaternió-reprezentációján alapuló fázismező elméletet dolgoztunk ki, mellyel olyan komplex alakzatok képződését modelleztünk, mint az egymással kölcsönható dendritek, a szferolitok széles skálája, ill. a shish-kebab morfológia. Egyszerű dinamikus sűrűség funkcionál elmélet keretében a kristályos megszilárdulás mikroszkopikus vonatkozásait vizsgáltuk a kristály nukleációt megelőző amorf prekurzor megjelenésétől, a diffúziós instabilitásokon át, a versengő diffúzió kontrollált és diffúzió mentes modusok mintázatképződésben játszott szerepéig. Klasszikus és kvantum rendszerek nem-egyensúlyi relaxációját vizsgáltuk gyorshűtési folyamatok során ahol a rendszer kezdő állapotát különböző feltételekkel szabályoztuk. Tanulmányoztuk a dinamikai folyamat során kialakuló fürtök és a fázisokat elválasztó határrétegek tulajdonságait és vizsgáltuk a mintába befagyott rendezetlenség szerepét is. | We have used field theoretic models to characterize the heterophase fluctuations that drive the system from un-dercooled liquid to the crystalline state. We have shown that models relying on Ginzburg-Landau expanded free energy predict the nucleation barrier fairly accurately. We have developed a phase-field theory relying on the qua-ternion representation when describing crystallographic orientation in 3D. Using this approach, formation of complex solidification patterns such as interacting dendrites, a variety of spherulites, and the shish-kebab mor-phology has been modeled. Using a simple dynamical density functional theory, we have explored the micro-scopic aspects of crystallization, including the formation of amorphous nucleation precursors, the diffusional in-stabilities, and the role competing diffusionless and diffusion controlled growth modes play in pattern formation. We have studied non-equilibrium relaxation of classical and quantum systems following a quench in which the initial state of the system is prepared in different forms. We have investigated the properties of the clusters, as well as the behavior of the interface which separates the evolving phases. We have also studied the role of quenched disorder in such processes