Molecular dynamics simulations are used to determine the properties of the crystal–liquid interfaces of Ni and Ni50Al50. The interfacial free energies and kinetic growth coefficients for different crystal orientations are estimated using simulations of crystal–liquid systems at the melting temperature T m from time- and wavenumber-dependent capillary wave height–height correlation functions. Growth coefficients are also determined from non-equilibrium simulations using the free solidification method, which compares well with those obtained from analysis of capillary wave fluctuations. Crystal growth in pure Ni is about a factor of 10 faster than in the binary Ni50Al50 system. The interfacial properties of the B2 intermetallic crystal phase of Ni50Al50 exhibit much lower anisotropy than those of the face-centered cubic crystalline structure of Ni.

1.
J. S.
Langer
,
Rev. Mod. Phys.
52
,
1
(
1980
).
2.
J.
Bragard
,
A.
Karma
,
Y. H.
Lee
, and
M.
Plapp
,
Interface Sci.
10
,
121
(
2002
).
3.
J. J.
Hoyt
,
M.
Asta
, and
A.
Karma
,
Mater. Sci. Eng. R
41
,
121
(
2003
).
4.
J. J.
Hoyt
,
M.
Asta
, and
A.
Karma
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
5530
(
2001
).
5.
F.
Celestini
and
J. M.
Debierre
,
Phys. Rev. E
65
,
041605
(
2002
).
6.
J. J.
Hoyt
and
M.
Asta
,
Phys. Rev. B
65
,
214106
(
2002
).
7.
D. Y.
Sun
,
M.
Asta
, and
J. J.
Hoyt
,
Phys. Rev B
69
,
024108
(
2004
).
8.
D. Y.
Sun
,
M.
Asta
, and
J. J.
Hoyt
,
Phys. Rev. B
69
,
174103
(
2004
).
9.
J. J.
Hoyt
,
M.
Asta
, and
D. Y.
Sun
,
Philos. Mag.
86
,
3651
(
2006
).
10.
D. Y.
Sun
,
M. I.
Mendelev
,
C. A.
Becker
,
K.
Kudin
,
T.
Haxhimali
,
M.
Asta
,
J. J.
Hoyt
,
A.
Karma
, and
D. J.
Srolovitz
,
Phys. Rev. B
73
,
024116
(
2006
).
11.
Y.
Ashkenazy
and
R. S.
Averback
,
Europhys. Lett.
79
,
26005
(
2007
).
12.
Z. G.
Xia
,
D. Y.
Sun
,
M.
Asta
, and
J. J.
Hoyt
,
Phys. Rev. B
75
,
012103
(
2007
).
13.
Y.
Ashkenazy
and
R. S.
Averback
,
Acta Mater.
58
,
524
(
2010
).
14.
T.
Fang
,
L.
Wan
, and
Y.
Qi
,
Physica B
423
,
6
(
2013
).
15.
G.
Sun
,
J.
Xu
, and
P.
Harrowell
,
Nat. Mater.
17
,
881
(
2018
).
16.
L.
Wu
,
Y.
Zhu
,
H.
Wang
, and
M.
Li
,
AIP Adv.
11
,
035241
(
2021
).
17.
G.
Hu
,
L.
Wu
,
Z.
Ren
,
J.
Shi
,
Y.
Li
,
B.
Xu
, and
C.
Luo
,
J. Nucl. Mater.
559
,
153369
(
2022
).
18.
J. J.
Hoyt
,
B.
Sadigh
,
M.
Asta
, and
S. M.
Foiles
,
Acta Metall.
47
,
3181
(
1999
).
19.
X. Q.
Zheng
,
Y.
Yang
,
Y. F.
Gao
,
J. J.
Hoyt
,
M.
Asta
, and
D. Y.
Sun
,
Phys. Rev. E
85
,
041601
(
2012
).
20.
P.
Kuhn
and
J.
Horbach
,
Phys. Rev. B
87
,
014105
(
2013
).
21.
Y.
Yang
,
H.
Humadi
,
D.
Buta
,
B. B.
Laird
,
D.
Sun
,
J. J.
Hoyt
, and
M.
Asta
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
025505
(
2011
).
22.
Q.
Yang
,
H.
Liu
, and
H.
Peng
,
J. Chem. Phys.
154
,
194503
(
2021
).
23.
S.
Wilson
,
K.
Gunawardana
, and
M.
Mendelev
,
J. Chem. Phys.
142
,
134705
(
2015
).
24.
S.
Kavousi
,
B. R.
Novak
,
J. J.
Hoyt
, and
D.
Moldovan
,
Comput. Mater. Sci.
184
,
109854
(
2020
).
25.
S.
Raman
,
J. J.
Hoyt
,
P.
Saidi
, and
M.
Asta
,
Comput. Mater. Sci.
182
,
109773
(
2020
).
26.
M.
Haapalehto
,
T.
Pinomaa
,
L.
Wang
, and
A.
Laukkanen
,
Comput. Mater. Sci.
209
,
111356
(
2022
).
27.
F. P.
Buff
,
R. A.
Lovett
, and
F. H.
Stillinger
,
Phys. Rev. Lett.
15
,
621
(
1965
).
28.
J. D.
Weeks
,
J. Chem. Phys.
67
,
3106
(
1997
).
29.
M. P. A.
Fisher
,
D. S.
Fisher
, and
J. D.
Weeks
,
Phys. Rev. Lett.
48
,
368
(
1982
).
30.
D. S.
Fisher
and
J. D.
Weeks
,
Phys. Rev. Lett.
50
,
1077
(
1983
).
31.
D.
Bedeaux
and
J. D.
Weeks
,
J. Chem. Phys.
82
,
972
(
1985
).
32.
M. P.
Gelfand
and
M. E.
Fisher
,
Physica A
166
,
1
(
1990
).
33.
K.
Binder
and
M.
Müller
,
Int. J. Mod. Phys. C
11
,
1093
(
2000
).
34.
J.
Benet
,
L. G.
MacDowell
, and
E.
Sanz
,
J. Chem. Phys.
141
,
034701
(
2014
).
35.
R.
Benjamin
and
J.
Horbach
,
Phys. Rev. E
91
,
032410
(
2015
).
36.
G. P.
Purja Pun
and
Y.
Mishin
,
Philos. Mag.
89
,
3245
(
2009
).
37.
See https://www.ctcms.nist.gov/potentials/system/Al-Ni/ for information about the interaction potential of Ni-Al.
38.
V.
Turlo
,
F.
Baras
, and
O.
Politano
,
Model. Simul. Mat. Sci. Eng.
25
,
064002
(
2017
).
39.
Y.
Mishin
,
M. J.
Mehl
, and
D. A.
Papaconstantopoulos
,
Phys. Rev. B
65
,
224114
(
2002
).
40.
D.
Frenkel
and
B.
Smit
,
Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications
(
Academic Press
,
San Diego
,
2002
).
41.
H. J. C.
Berendsen
,
J. P. M.
Postma
,
W. F.
van Gunsteren
,
A.
DiNola
, and
J. R.
Haak
,
J. Chem. Phys.
81
,
3684
(
1984
).
42.
J. Q.
Broughton
,
G. H.
Gilmer
, and
K. A.
Jackson
,
Phys. Rev. Lett.
49
,
1496
(
1982
).
43.
T.
Zykova-Timan
,
R. E.
Rozas
,
J.
Horbach
, and
K.
Binder
,
J. Phys.: Condens. Matter
21
,
464102
(
2009
).
44.
R. E.
Rozas
,
A. D.
Demirağ
,
P. G.
Toledo
, and
J.
Horbach
,
J. Chem. Phys.
145
,
064515
(
2016
).
45.
R. E.
Rozas
,
L. G.
MacDowell
,
P. G.
Toledo
, and
J.
Horbach
,
J. Chem. Phys.
154
,
184704
(
2021
).
46.
R. E.
Rozas
,
V.
Ankudinov
, and
P. K.
Galenko
,
J. Phys.: Condens. Matter
34
,
494002
(
2022
).
47.
H.
Eslami
,
P.
Sedaghat
, and
F.
Müller-Plathe
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
20
,
27059
(
2018
).
48.
W.
Lechner
and
C.
Dellago
,
J. Chem. Phys.
129
,
114707
(
2008
).
49.
Y.
Wang
,
S.
Teitel
, and
C.
Dellago
,
J. Chem. Phys.
122
,
214722
(
2005
).
50.
J.
Morris
,
Phys. Rev. B
66
,
144104
(
2002
).
51.
M.
Asta
,
J. J.
Hoyt
, and
A.
Karma
,
Phys. Rev. B
66
,
100101
(
2002
).
52.
J. R.
Morris
and
X.
Song
,
J. Chem. Phys.
119
,
3920
(
2003
).
53.
R. L.
Davidchack
,
J. R.
Morris
, and
B. B.
Laird
,
J. Chem. Phys.
125
,
094710
(
2006
).
54.
M.
Amini
and
B. B.
Laird
,
Phys. Rev. B
78
,
144112
(
2008
).
55.
W. R.
Fehlner
and
S. H.
Vosko
,
Can. J. Phys.
54
,
2159
(
1976
).
56.
S. M.
Foiles
,
M. I.
Baskes
, and
M. S.
Daw
,
Phys. Rev. B
33
,
7983
(
1986
).
57.
J. J.
Hoyt
,
A.
Karma
,
M.
Asta
, and
D. Y.
Sun
,
JOM
56
,
49
(
2004
).
58.
R. E.
Rozas
and
J.
Horbach
,
Europhys. Lett.
93
,
26006
(
2011
).
59.
S. M.
Foiles
,
Phys. Rev. B
32
,
3409
(
1985
).
60.
A.
Karma
,
Phys. Rev. E
48
,
3441
(
1993
).
61.
J.
Hoyt
,
M.
Asta
, and
A.
Karma
,
Interface Sci.
10
,
181
(
2002
).
62.
D.
Turnbull
,
J. Appl. Phys.
21
,
1022
(
1950
).
63.
B. B.
Laird
,
J. Chem. Phys.
115
,
2887
(
2001
).
64.
V.
Heinonen
,
A.
Mijailović
,
C. V.
Achim
,
T.
Ala-Nissila
,
R. E.
Rozas
,
J.
Horbach
, and
H.
Löwen
,
J. Chem. Phys.
138
,
044705
(
2013
).
65.
A.
Härtel
,
M.
Oettel
,
R. E.
Rozas
,
S. U.
Egelhaaf
,
J.
Horbach
, and
H.
Löwen
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
226101
(
2012
).
66.
A.
Kerrache
,
J.
Horbach
, and
K.
Binder
,
Europhys. Lett.
81
,
58001
(
2008
).
67.
J.
Monk
,
Y.
Yang
,
M. I.
Mendelev
,
M.
Asta
,
J. J.
Hoyt
, and
D. Y.
Sun
,
Model. Simul. Mater. Sci. Eng.
18
,
015004
(
2010
).
You do not currently have access to this content.