동결 전이에서 나타나는 순간 핵의 성장과 소멸 메커니즘

초록

밀도가 높은 강체 구체 시스템에서 이벤트‑드리븐 분자동역학 시뮬레이션을 이용해 쌍 방향 자기상관함수를 분석하였다. 유동‑고체 전이 근처에서 완화 과정은 (1) 동역학적 초기 감쇠, (2) 스트레치드 지수 형태의 ‘몰라세스’ 구간, (3) 확산 지배의 파워 로우 구간으로 구분된다. 몰라세스와 확산 구간의 밀도 의존성을 정량화하고, 특히 결합 방향 질서 매개변수를 통해 동결 밀도에 접근할수록 클러스터 크기가 급격히 증가함을 확인하였다. 가장 큰 클러스터는 직경이 몇 개 구체 직경에 불과하지만 약 30 ps(≈2.8 × 10⁻¹¹ s) 정도 지속된다.

상세 분석

본 연구는 고밀도 하드‑코어 구체 유체에서 ‘몰라세스 꼬리’ 현상을 정량적으로 규명하기 위해 대규모 이벤트‑드리븐 분자동역학 시뮬레이션을 수행하였다. 핵심 관측 지표는 쌍 방향 자기상관함수(C_{2}(t))이며, 이는 입자 간 결합 방향의 시간적 유지 정도를 측정한다. 시뮬레이션 결과는 C_{2}(t)의 감쇠가 세 단계로 구분된다는 점을 명확히 보여준다. 첫 번째는 짧은 시간 스케일(수 피코초 이하)에서 입자 충돌에 의해 지배되는 ‘동역학적’ 구간으로, 이때 상관함수는 급격히 감소한다. 두 번째 구간은 ‘몰라세스’ 구간으로, 감쇠 형태가 스트레치드 지수(exp