1. String method for the study of nucleation events in multicomponent liquid mixtures
- Author
-
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental, Princeton University, Arroyo Balaguer, Marino, Kosmrlj, Andrej, Bataller i Umbert, Josep, Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental, Princeton University, Arroyo Balaguer, Marino, Kosmrlj, Andrej, and Bataller i Umbert, Josep
- Abstract
La nucleació és un procés molt comú pel qual la separació de fases es dóna en sistemes líquids multicomponents. Els models de camps de fase són habitualment emprats per estudiar la separació de fases, però són insuficients per estudiar els processos de nucleació, degut a què aquestes transicions són activades tèrmicament i requereixen superar una barrera d’energia. Per superar aquesta dificultat, hem combinat els models de camps de fase amb el “string method” (mètode de la corda), un esquema numèric capaç de trobar camins de transició i estats crítics, per estudiar la nucleació en sistemes binaris i ternaris. El nostre model és capaç de capturar la nucleació homogènia i heterogènia tant en sistemes binaris com ternaris. Validem la nostra aproximació comparant-la amb la teoria de nucleació clàssica, vàlida en el límit de interfases abruptes, i examinen i discutim les discrepàncies entre aquestes dues aproximacions. En el futur aquest model pot ser emprat per estudiar configuracions més complexes, algunes de les quals són interessants des d’un punt de vista de la biologia perquè simulen la separació de proteïnes en el fluid intracel·lular., La nucleación es un proceso muy común por el cual la separación de fases se da en sistemas líquidos multicomponentes. Los modelos de campos de fase son habitualmente empleados para estudiar la separación de fases, pero son insuficientes para estudiar los procesos de nucleación, debido a que estas transiciones son activadas térmicamente y requieren superar una barrera de energía. Para superar esta dificultad, hemos combinado los modelos de campos de fase con el “string method” (método de la cuerda), un esquema numérico capaz de hallar caminos de transición y estados críticos, para estudiar la nucleación en sistemas binarios y ternarios. Nuestro modelo es capaz de capturar la nucleación homogénea y heterogénea tanto en sistemas binarios como ternarios. Validamos nuestra aproximación comparándola con la teoría de nucleación clásica, válida en el límite de interfases abruptas, y examinamos y discutimos las discrepancias entre estas dos aproximaciones. En el futuro este modelo puede ser empleado para estudiar configuraciones más complejas, algunas de las cuales son interesantes desde un punto de vista de la biología porque simulan la separación de proteínas en el fluido intracelular., Nucleation is a very common process by which phase separation takes place in multicomponent liquid mixtures. Phase field models are usually applied to study phase separation, but they are insufficient to study nucleation events, since these transitions are thermally activated and require overcoming an energy barrier. To overcome this difficulty, we combined phase field models with the string method, a numerical scheme capable of finding transition pathways and critical states, to study nucleation in binary and ternary systems. Our model is able to capture homogeneous and heterogeneous nucleation both in binary and ternary systems. We validate our approach by comparing it with classical nucleation theory, valid in a sharp interface limit, and further examine and discuss the discrepancies between these two approaches. In the future this model can be applied to study more complex configurations, some of which are interesting from a biological point of view because they simulate protein separation in the intracellular fluid.
- Published
- 2021