Monte Carlo simulation of phase equilibria in Ising fluids and their mixtures

Abstract

The mean field theory for the pure Ising fluid was recently extended to binary mixtures of an Ising and a van der Waals fluid. Depending on the relative interaction strengths, their three dimensional phase diagrams show lines of tricritical consolute and plait points, lines of critical end points and magnetic consolute point lines. Our current efforts are to compare these mean field results with different Monte Carlo simulation techniques, investigating both first order (liquid-vapor and demixing) and second order (paramagneticferromagnetic) phase transitions. We show the resulting ρ, T phase diagrams of the pure Ising fluid for different magnetic interaction strengths R and constant pressure cross-sections of the x, T, p phase diagrams of Ising mixtures for different relative interaction strengths. The methods we have used include Gibbs Ensemble MC, Multihistogram Reweighting, Hyper-parallel Tempering, the cumulant intersection method and the newly developed Density of States MC technique.

Область застосування теорії середнього поля для чистого ізинґівського плину нещодавно поширилась на бінарні суміші ізинґівських і ван-дер-вальсівських плинів. Залежно від сил відносної взаємодії, їхня тривимірна фазова діаграма демонструє такі лінії: трикритичних точок розчинення і критичних точок рідина-пара, критичних кінцевих точок та точок розшарування у феромагнітній фазі. У даній роботі ми порівнюємо результати, отримані в наближенні середнього поля, з моделюванням різними методами Монте-Карло, досліджуючи фазові переходи і першого (рідина-пара або розшарування), і другого (парамагнетик-феромагнетик) роду. Нами побудовано результуючі фазові діаграми ρ, T для чистого ізинґівського плину при різних силах магнітної взаємодії R та перерізи фазових діаграм x, T, p при сталому тиску для ізинґівських сумішей при різних силах відносної взаємодії. Серед використаних нами методів є МК для ансамблю Гіббса, мультигістограмний перерозподіл, гіперпаралельне згладжування, метод кумулянтних перерізів і недавно створений метод МК для густини станів.