A new perturbation theory is presented which is reliable over wide region of temperature and density for both fluid and solid. Characteristic features of this new theory are its ability to deal both fluid and solid on a same theoretical footing. The new theory reduces to the theory of Weeks, Chandler, and Andersen at fluid density near or below the triple point density and at solid density near melting transition below the triple point temperature. For fluid-state calculation, the present theory is not only successful at low density but also it can accurately predict thermodynamic properties at higher densities near the freezing line of the fluid. For solid-state calculation, the agreement of this theory extends from an anharmonic region near the melting line to a harmonic region, where the hard-sphere system achieves 92% of close-packed density. Beyond this region errors in the analytical fits to the radial distribution functions of hard-sphere solid make an accurate test of the new theory difficult. The success of the present theory is achieved by employing an optimized reference potential whose repulsive range decreases with increase in density. Thermodynamic properties for the Lennard-Jones, exponential-6, and inverse nth-power (n=12,9,6, and 4) have been calculated from the new theory. Comparison of the calculated data with available Monte Carlo simulations and additional simulations carried out in this work shows that the theory gives excellent thermodynamic results for these systems, except the softest (n=4) repulsive systems of solid. The present theory also gives a physically reasonable hard-sphere diameter over the entire fluid and solid region. Since the present formulation is the same for both solid and fluid phases, we used the theory to compute the melting and freezing data of the aforementioned model systems. Comparison with other theoretical models of solid and fluid is also discussed.
결정성 고체계에 대한 열역학적 성질을 훌륭하게 예견하는 섭동 이론을 제시하였다. 이론의 기본적인 틀은 유체상태의 이론과 비슷하다. 즉, 기준계로서는 최적화된 포텐셜을 가지는 포텐셜을 사용하였다. 포텐셜의 분기점은 주어진 밀도에서 주어진 결정의 격자간의 최소 거리를 택하였으며, 기준계로서는 실제 물리적인 상황을 잘 기술하는 부드러운 포텐셜을 사용 하였다. 이 이론을 Lenard-Jones 계, exponential-6계 및 $r^{-n}$ 계 (n=12, 9, 6, 4)에 대해서 적용시킨 결과 미우 부드러운 계$(r^{-4} 계)$를 제외한 모든 계에 대해서Monte carlo 결과와 매우 잘 일치함을 보여주었다. 특히 빙점 부근의 낮은 밀도에서는 기존의 어떤 이론보다 정확한 값을 예측하는 것으로 나타났다. 또한 본 이론을 유체 및 고체에 대해서 적용시킨 결과로부터 상전이 데이터도 계산했다. 결과는 정확한 결과와 매우 잘 일치함을 보여주었는데, 이는 상 전이 데이터가 얼마나 정확한 이론으로부터 계산되느냐에 크게 의존한다는 점에 비추어,본 이론이 매우 성공적임을 시사해 주고 있다.
