Stokes-Einstein relation and excess entropy scaling law in liquid Copper

Abstract

We report an ab initio study of structural and dynamic properties of liquid copper as a function of temperature. In particular, we have evaluated the temperature dependence of the self-diffusion coefficient from the velocity autocorrelation function as well the temperature dependence of the viscosity from the transverse current correlation function. We show that LDA based results are in close agreement with experimental data for both the self-diffusion coefficient and the viscosity over the temperature range investigated. Our findings are then used to test empirical approaches like the Stokes-Einstein relation and the excess entropy scaling law widely used in the literature. We show that the Stokes-Einstein relation is valid for the liquid phase and that the excess entropy scaling law proposed by Dzugutov is legitimate only if a self-consistent method for determining the packing fraction of the hard sphere reference liquid is used within the Carnahan-Starling approach to express the excess entropy.

У цiй статтi представлено ab initio дослiдження структурних i динамiчних властивостей рiдкої мiдi як функцiї температури. Зокрема, проведено розрахунок температурної залежностi коефiцiєнта самодифузiї з автокореляцiйної функцiї швидкостей, а також температурної залежностi швидкостi з поперечної кореляцiйної функцiї струму. Показано, що результати, базованi на наближеннi локальної густини, добре узгоджуються з експериментальними даними як для коефiцiєнта дифузiї, так i для в’язкостi в межах дослiджуваного дiапазона температур. Цi результати використанi для перевiрки емпiричних пiдходiв типу спiввiдношення Стокса-Ейнштейна та скейлiнгового закону для надлишкової ентропiї, якi широко використовуються в лiтературi. Показано, що спiввiдношення Стокса-Ейнштейна задовiльняється для рiдкої фази i скейлiнговий закон для надлишкової ентропiї, запропонований Дзугутовим, є легiтимним лише за умови використання самоузгодженого методу для визначення фракцiї упакування твердосферної рiдини, коли пiдхiд Карнагана-Старлiнга використано для отримання виразу надлишкової ентропiї.