纳米材料具有不同于体相材料的奇特性质，尤其是金属纳米线，由于其在低维物理的基础研究方面的重要性和未来作为分子电子设备的应用前景引起了人们极大地兴趣。早期的研究主要集中在点.面接触或机械可控的断裂连接所构成的纳米点接触，这可以被看作是非常短的纳米线。近年来，人们采用不同的实验方法已经制备出了直径为几个纳米的、结构完善的长金属纳米线，并观测到了新颖的多壳螺旋结构。然而，现有的实验条件还不允许我们直接观察和研究材料的原子运动，而计算机模拟，如分子动力学模拟为在原子级别上理解各种各样的现象提供了认识，并允许我们预测纳米材料的一些性质，对实验研究是一个非常有益的辅助手段。人们采用不同的计算方法和原子间作用势对金属纳米线的结构和相关性质开展了许多理论研究。然而，与金属纳米线的实验制备过程密切相关的理论模拟非常少，还需要进行仔细的研究。众所周知，冷却过程对固态组织和结构有非常重要的影响，而金属纳米线通常是通过如蒸发或气溶胶的方法在高温过程中制备的，所以研究金属纳米线在凝固过程中的结构演化是十分有意义的。　　 在本文中，采用经典的分子动力学模拟方法，结合镶嵌原子作用势，研究了过渡金属Au，Ni，Cu和Al纳米线在凝固过程中的结构演变过程，探讨了它们的微观结构、原子团簇以及热力学行为随冷却条件的不同而出现的变化。模拟结果表明，冷却速度的快慢对纳米线的结构起着至关重要的影响。随着冷却速度的降低，纳米线的结构由不稳定的非晶态结构过渡到多壳螺旋结构，最后达到稳定的晶体结构。　　 在快速降温条件下，由于冷却速度非常快，体系中的原子来不及扩散至其平衡位置，同时体系在很短的时间内无法为这些原子提供足够的能量来克服自身的势垒，从而导致体系中的大部分结构由液态保留到了固态，并迅速形成了非晶，最终得到了非晶态结构的纳米线；而在较慢速的降温过程中，金属纳米线在低温下会生成新颖的多壳螺旋结构，这种多壳螺旋结构的纳米线像晶体一样具有确定的结晶温度，而其径向分布函数的分析表明，它又具有短程有序、长程无序的非晶态结构的特征，采用键对分析技术对体系中各原子团簇(键对)的分析表明，在这种多壳螺旋结构中既存在表征晶体序的键对，也存在大约相同数量的表征体系无序性和二十面体序的键对。也就是说，多壳螺旋结构的纳米线同时具有部分晶体和非晶态结构的特征，而这种结构已经通过实验被预测在量子传输及相关的量子设备的应用中有重要的作用：当冷却速度降到足够低的时候，在低温下我们得到了非常稳定的晶体结构的纳米线。此外，截面尺寸较小的Al纳米线在一个较宽的冷却速度范围内都可以得到多壳螺旋结构。这些理论探索和研究，为人们在实验上通过控制冷却条件来制备具有特定结构和功能的金属纳米线提供了有益的启示和指导作用。