固液界面动力学系数是调控凝固枝晶形貌和材料缺陷的关键物理量之一,研究该物理量有助于制造业、新能源产业和生物医药技术向纵深方向发展,符合国家的长期发展需要。近年来,大量的研究工作致力于探索各种体系下晶体生长过程,一些热门的领域如:激光选区熔化、锂电池稳定性问题、二维材料及蛋白质的结晶操控问题。毫无疑问,解决当中任一问题都能带来巨大的商业价值和社会效益,但这些问题的关键突破点往往隐藏在纳米-皮秒量级的时空分辨区间。借助于先进的显微实验技术和计算模拟技术,人们已经能够监测一部分材料的固液界面的微观动力学过程并给出一些定性的解释,包括:凝固形核、晶体生长等。但如果想要精准、定量控制这些动力学过程,还需要一套精准的凝固动力学理论模型。到目前为止,单质金属晶体的生长过程机理尚未能完全厘清,对于晶体组成粒子拥有平动自由度以外的复杂性质（例如转动自由度等）的情况,国内外的理论研究几乎是一片空白。本篇工作采用基于分子动力学方法的快速凝固原子模拟技术搭配先进的固液界面分析计算方法,以不同晶相结构（包括面心立方和体心斜方）的金属单质及偶极颗粒组成的模型极化材料为研究对象,将含时Ginzburg-Landau理论拓展到固液相变体系,发展出能够精准预言固液界面动力学系数的定量凝固动力学理论模型,并获得关于动力学系数及其各向异性与晶体结构和颗粒额外自由度等复杂性质之间定量关联的定量认识。具体的工作包括:（1）首次构建了适用于面心立方晶体凝固的含时Ginzburg-Landau理论。区别于仅有的适用体心立方晶体凝固的含时Ginzburg-Landau理论,我们在理论构建过程中引入了两套Ginzburg-Landau序参量分别对应面心立方的8个最近邻倒格矢和6个次近邻倒格矢。在对结构因子约化的密度弛豫时间定量分析中,证明了6个次近邻倒格矢Ginzburg-Landau序参量引入的必要性。随后,我们分别采用原子模拟和凝固动力学含时Ginzburg-Landau理论比较研究了单质金属铁（体心立方）和镍（面心立方）固液界面动力学系数。结果表明,对于铁和镍的（110）晶面方向,含时Ginzburg-Landau理论的预言能够在误差范围内很好地吻合原子模拟结果,然而现有的其他凝固动力学理论无法预言或者无法获得相近精准度的预言。对于铁和镍的（100）面,我们发现理论预言分别低估了13%和12%左右,我们在文中讨论了这个低估的原因可能来自于密度波一级近似处理或界面区域液体静/动态结构性质实际偏离了块体液体。另外,在含时Ginzburg-Landau理论框架下,我们比较了不同相互作用势函数描述的金属单质体系（包括铁、镍、镁和铽）。在去除晶格常数和固体原子振幅影响的无量纲框架内,我们发现固液界面Ginzburg-Landau序参量空间分布函数的普适标度规律—对于同一种晶格结构与晶面方向的固液界面而言,密度波序参量分布函数不依赖于粒子间相互作用势函数。基于此,凝固动力学含时Ginzburg-Landau理论预言了固液界面动力学系数的各向异性与固液界面区域原子的堆积方式直接相关。（2）利用分子动力学模拟方法,模拟了一个简单偶极颗粒模型描述的极化晶体体系的凝固过程,随着颗粒偶极矩的升高,该模型体系可涵盖三类固液界面:面心立方晶体-液体;自发极化的体心斜方晶体-液体;自发极化的体心斜方晶体-自发极化的液体。系统性的计算了固液界面动力学系数及各向异性随颗粒间相互作用及晶体结构的变化关系。在模拟“实验”测量数据的辅助下,进一步发展了凝固动力学含时Ginzburg-Landau理论,计入非立方晶体倒格矢和电磁偶极体系中的长程相互作用与转动自由度,引入低阶铁电Ginzburg-Landau自由能项,着重展示偶极转动有序化对凝固过程的重要影响。通过比较模拟结果和含时Ginzburg-Landau理论预言结果,我们发现固液界面动力学系数决定于序参量梯度平方项与响应的弛豫时间的乘积,固液界面动力学系数及各向异性随颗粒间相互作用及晶体结构的变化关系能够被明确解释。此外,在自发极化的体心斜方晶体-液体固液界面体系中,我们发现了界面附近液体集体性偶极有序行为,并辨认出该偶极有序化区域液体的动力学结构性质和介电性质是界面动力学系数的主要限制因素。本研究连接了固液界面动力学系数这一极具应用价值的宏观热力学量与最基础层面上的微观分子间相互作用,获得外场作用下凝固过程调控从而改善凝固组织和性能的理论支持。最后,我们总结了当前凝固动力学含时Ginzburg-Landau理论的有待改进和不足之处,提出近一步改进的方向,并讨论了本论文提出的计算模拟与含时Ginzburg-Landau理论结合的研究思路在更复杂体系的结晶和凝固过程中拓展的可能性和挑战性。