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過飽和蒸気相でクラスターが生じる時の自由エネルギー差計算法を調べた。われわれは一定体積のもとでのメトロポリス法のカノニカル・モンテカルロ法を使用する。
密度は過飽和蒸気相に相当する値を採用し、低温で安定なクラスターを作成する。この系の温度を上げるとやがてクラスターは壊れる。この現象はクラスター相からモノマー相への相転移と見なすことが出来る。一方、系の温度を上げるときのモンテカルロ・サンプリングにおいて、クラスターが壊れることを禁止すると、モノマー相が出来ず、いわば高温のクラスター相をシミュレート出来る。この考えに基づいて系の平均ポテンシャルエネルギーを温度の関数として決め、熱力学的積分により低温度からのエントロピー差を見積もって、ヘルムホルツ自由エネルギーを計算する。これから高温でモノマー相からクラスター相へ変化したときの自由エネルギーを見積もった。モデルはレナードジョーンズ模型である。
一定温度で粒子当たりの粒子あたりの自由エネルギー差を粒子数に対してプロットすると大局的には減少関数であることが分かった。これは粒子数が増すと相転移温度が上昇するためで観測温度に近づいてくるためである。この温度におけるクラスター形成にともなう自由エネルギー変化の粒子数依存性は30から40付近に極大を持つことが明らかになった。この結果は、同じ温度・密度に着いての分子動力学シミュレーションによる泰岡-松本の結果と対応する。
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