An understanding of the wetting properties and a characterization of the interface between liquid lithium (Li) and solid molybdenum (Mo) are relevant to assessing the efficacy of Li as a plasma-facing component in fusion reactors. In this work, a new second-nearest neighbor modified embedded-atom method (2NN MEAM) force field is parameterized to describe the interactions between Li and Mo. The new force field reproduces several benchmark properties obtained from first-principles quantum mechanics simulations, including binding curves for Li at three different adsorption sites and the corresponding forces on Li atoms adsorbed on the Mo (1 1 0) surface. This force field is then used to study the wetting of liquid Li on the (1 1 0) surface of Mo and to examine the Li–Mo interface using molecular dynamics simulations. From droplet simulations, we find that liquid Li tends to completely wet the perfect Mo (1 1 0) surface, in contradiction with previous experimental measurements that found non-zero contact angles for liquid Li on a Mo substrate. However, these experiments were not carried out under ultra-high vacuum conditions or with a perfect (1 1 0) Mo surface, suggesting that the presence of impurities, such as oxygen, and surface structure play a crucial role in this wetting process. From thin-film simulations, it is observed that the first layer of Li on the Mo (1 1 0) surface has many solid-like properties such as a low mobility and a larger degree of ordering when compared to layers further away from the surface, even at temperatures well above the bulk melting temperature of Li. These findings are consistent with temperature-programmed desorption experiments.
液体リチウム（Li）と固体モリブデン（Mo）との間の界面の濡れ特性の理解と特性評価は、核融合炉におけるプラズマ対向材料としてのLiの有効性を評価する上で重要である。本研究では、LiとMoの間の相互作用を記述する新しい第二近接修正埋め込み原子法（2NN MEAM）力場をパラメータ化する。新しい力場は、Mo（1 1 0）表面上の3つの異なる吸着サイトにおけるLiの結合曲線および吸着したLi原子に作用する対応する力を含む、第一原理量子力学シミュレーションから得られたいくつかのベンチマーク特性を再現する。この力場はその後、分子動力学シミュレーションを用いて、Moの（1 1 0）表面上における液体Liの濡れを研究し、Li–Mo界面を調べるために使用される。液滴シミュレーションから、液体Liは完全なMo（1 1 0）表面を完全に濡らす傾向があることが分かった。これは、Mo基板上の液体Liに対して非ゼロの接触角を見出した以前の実験的測定結果と矛盾する。しかしながら、これらの実験は超高真空条件下でも完全な（1 1 0）Mo表面でも実施されておらず、酸素などの不純物の存在と表面構造がこの濡れ過程において決定的な役割を果たすことを示唆している。薄膜シミュレーションから、Mo（1 1 0）表面上のLiの第一層は、表面から離れた層と比較して、低い移動度とより大きな秩序度など、多くの固体様特性を有することが観察される。これは、Liのバルク融点をはるかに超える温度においても同様である。これらの知見は、昇温脱離実験と一致している。