Entropic crystallization of Brownian squares through pathways governed by orientational dynamics
Indian Institute of Technology Kanpur(坎普尔印度理工学院);University of California, Los Angeles(加州大学洛杉矶分校)
研究揭示取向动力学通过调控熵晶化路径,影响各向异性形状粒子的构型有序化,通过分析平动与取向动力学及其对自由能最小化的影响,发现取向熵主导晶化过程,不同压力下形成六方或菱形结构。
2026-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Orientational Order in Disordered Colloidal Suspensions
在包括液体和玻璃在内的无序系统中探索结构有序性是凝聚态物理中一个有趣而又具有挑战性的问题。在这里,我们构建了一个新的参数的粒子的角分布函数的基础上,并表明,这种新的取向顺序具有显着更高的相关性与动态异质性相比,在胶体玻璃中的径向分布函数的基础上的平移参数。过冷液体中取向序和平移序的逐渐发展表明,取向序与动力学之间较高的相关性来自于玻璃化转变的开始,简单液体经过相当程度的过冷后,取向序将主导玻璃化动力学。我们的结果表明,取向顺序反映了在玻璃化转变过程中形成的非晶秩序,而平移顺序主要是密度增加的结果。
2018-06-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Orientationally Glassy Crystals of Janus Spheres
胶体Janus球在水中(一个半球吸引,另一个半球排斥)组装成二维六方晶体,其取向顺序由各向异性相互作用控制。我们利用解耦的平移和旋转顺序来量化的取向动力学。通过成像实验和蒙特卡罗模拟,我们证明了在个别Janus球的方向的相关性表现出玻璃样的动态,可以通过离子强度控制。因此,这些胶体构建块提供了一个特别合适的模型玻璃系统,用于阐明由定向相互作用产生的非平凡动力学,而不是通过考虑平移顺序来捕获。
2014-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Alignment Destabilizes Crystal Orders in Active Systems
我们结合数值和分析方法来研究两个永久连接的游泳者和两个不同的对齐相互作用形成的二维活性晶体。该系统允许一个准长程平移阶的静止相和一个准长程速度阶的运动相。运动相中的平移顺序受排列相互作用的影响很大。对于类Vicsek排列,平移顺序是短程的,而键取向顺序是准长程的,这意味着移动的六角相。对于基于弹性的排列,平移顺序是准长程平行于运动和短程在垂直方向,而键取向顺序是长程的。我们也将这些结果推广到更高的维度。
2021-05-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Jerky active matter: a phase field crystal model with translational and orientational memory
大多数活性物质的场论都忽略了记忆和惯性的影响。然而,最近的实验已经发现惯性延迟对于自推进粒子的运动是重要的。这些效应的理论描述中的一个主要挑战,使得标准方法的应用非常困难,这是可定向粒子具有平移和定向自由度的事实,这些自由度不一定在相同的时间尺度上放松。在这项工作中,我们推导出具有两个不同时间尺度的软物质系统的场论的一般数学形式。这允许获得极性的相场晶体模型(即,非球形或活性)粒子。值得注意的是,这个理论在时间导数上是三阶的,因此可以被看作是时空突变动力学。我们得到了这个模型的相图,这表明,与被动的情况下,液体状态的线性稳定性取决于阻尼系数。此外,我们还研究了活性物质中的声波。研究发现,在活性流体中,存在两种不同的声传播机制。对于某些参数值和足够高的频率,由极化波介导的声音比由相同频率的压力波介导的通常的被动声音经历更少的阻尼。通过不同模式的组合,可以实现基于有源流体的声频滤波器。
2021-02-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantifying translational and bond-orientational order metrics in hyperuniform and nonhyperuniform many-particle systems
Princeton University(普林斯顿大学)
本文提出平移有序度量τ_T及其键取向类似物τ_O,统一量化多粒子系统有序性,并应用于平衡硬粒子、RSA堆积和隐形超均匀系统,揭示结构有序性的制备依赖性和正相关关系。
2026-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bond-orientational ordering and shear rigidity in modulated colloidal liquids
从Landau-Alexander-McTague理论和蒙特卡罗模拟结果表明,通过对胶体体系进行周期性激光调制得到的调制液体具有长程键取向有序性和非零剪切刚度。从无限场模拟结果,我们表明,在调制的液相中,平移序参量关联函数指数衰减到零,而键取向顺序的关联函数饱和到一个有限的值在大的距离。
1999-03-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase-field-crystal model for liquid crystals
基于静态和动态的密度泛函理论,导出了一个包含平移密度和取向度以及局域指向矢场的相场晶体模型.该模型表现出稳定的各向同性,结晶,近晶A,柱状,塑性结晶和取向有序的结晶相。在动力学方面,平移密度是一个守恒的序参量,而取向序是不守恒的。所导出的相场晶体模型可以有效地数值研究液晶中的各种非平衡情况。
2010-06-28 cond-mat.soft
Molecular structural order and anomalies in liquid silica
本调查研究之间的关系,结构秩序,扩散率异常,并通过分子动力学模拟密度异常的液体二氧化硅。我们使用先前定义的取向和平移序参量来量化原子配置中的局部结构顺序。在不同的状态点进行广泛的模拟,以测量结构的顺序,扩散率和热力学性质。发现二氧化硅与水具有许多最近报道的趋势[J. R. Errington和P.G. Debenedetti,Nature 409,318(2001)]。在中等密度下,局部取向顺序的分布是双峰的。在固定温度下,压缩时出现序参量极值:取向顺序中的最大值,随后是平移顺序中的最小值。然而,与水不同的是,二氧化硅的平移序参量最小值很宽,并且没有两个参数严格耦合的热力学条件范围。此外,温度-密度制度,其中两个结构序参量减少等温压缩(结构异常制度)不包括扩散率异常的区域,是水的情况。
2002-03-19 cond-mat.soft
Quantification of Order in the Lennard-Jones System
我们进行了一个数值研究的结构顺序在转移力Lennard-Jones系统通过计算度量的平移和键取向顺序沿不同的路径在相图中,包括平衡固体,液体和蒸汽状态。通过等容淬火,等温压缩,和能量最小化产生的一系列非平衡配置也被认为是。使用排序图表示来分析模拟结果[Torquato等人,物理修订信函84,2064(2000); Truskett等人,Phys.Rev.E62,993(2000)],其在有序度规平面中分配平衡和非平衡态坐标。我们的结果表明,键取向顺序和平移顺序是不独立的简单球对称系统在平衡状态。我们还定量地证明了Lennard-Jones和硬球系统在超临界密度下采样相同的位形空间。最后,我们涉及的结构顺序中发现的快速淬火和最小能量配置(固有结构)。
2002-08-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Liquid antiferromagnets in two dimensions
它表明,适当的对称性的母晶格,反铁磁秩序可以生存在二维液晶,甚至各向同性液体的点状粒子,在矛盾的常识可能建议。我们讨论了反铁磁秩序的平移和/或取向的晶格顺序的情况下的要求。一个例子是蜂窝晶格,其在熔化时可以形成具有准长程取向和反铁磁有序但短程平移有序的液晶。这些系统的临界特性进行了讨论。最后,我们绘制了三维情况下的示意图。
2002-02-22 cond-mat.soft
Structural anomalies for a three dimensional isotropic core-softened potential
利用分子动力学模拟,我们研究了通过连续核软化粒子间势相互作用的粒子质点系的结构。我们发现的平移序参数,t,局部最大值在密度$ρ_{t-max}$和局部最小值在$ρ_{t-min} > ρ_{t-max}$。在$ρ_{t-max}$和$ρ_{t-min}$之间,$t$参数在压力下急剧降低。对于取向序参数$Q_6$,在密度为$ρ_{t-max}< ρ_{Qmax} < ρ_{t-min}$时观察到最大值。对于介于$ρ_{Qmax}$和$ρ_{t-min}$之间的密度,平移(t)和取向($Q_6$)序参量都有反常行为。我们知道,该系统也表现出密度和扩散异常。我们发现,在压力-温度相图的结构异常的区域包围的扩散异常的区域是大于由最大密度的温度限制的区域。这一系列的异常(结构,动力学和热力学)为我们的模型具有相同的层次结构,观察到的SPC/E水。
2006-08-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Orientational order on non-orientable domains
University of Oxford(牛津大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Flatiron Institute(平顿研究所)
研究不可定向域上取向自由度系统的统计性质,通过双覆盖方法揭示拓扑笼蔽效应,消除全局旋转软模,并在主动伊辛模型中强制反平行畴共存。
2026-09-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shortcomings of the Bond Orientational Order Parameters for the Analysis of Disordered Particulate Matter
用键取向序参量q4,q6,.由Steinhardt等人引入的“凝聚态”已经成为凝聚态物理中的标准工具,其应用包括玻璃化、堵塞、熔化或结晶转变以及团簇形成。在这里,我们讨论了这些参数的定义,显着影响他们的解释无序系统的研究中的两个基本缺陷,并提供了一个补救措施。首先,键取向的序参量的定义考虑了一组相邻的球NN(p)周围的一个给定的中心粒子p的几何排列,我们表明,程序来选择构成的邻域NN(p)的球可以有更大的影响,ql的数值和定性的趋势比的物理参数,如包装分数的变化。其次,邻域的离散性质意味着NN(p)不是粒子坐标的连续函数; ql继承的这种不连续性导致ql作为结构度量缺乏鲁棒性。这两个问题都可以通过导致鲁棒Minkowski结构度量ql '的形态度量方法来避免。这些ql'具有与常规键取向序参量类似的数学形式,并且在数学上等价于最近引入的Minkowski张量[Europhys. Lett. 90,34001(2010); Phys.Rev.E. 85,030301(2012)]。
2012-12-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamical transition in translational and rotational dynamics of water in the grooves of DNA duplex at low temperature
我们用分子动力学模拟方法模拟了DNA双链体凹槽中水的结构和动力学。我们发现一个动态的转变在两个平移和定向动力学的水分子的DNA双链体的主要和次要凹槽的签名。该转变发生在比本体水被脱水以经历动态转变的温度($T_L\approx$ 247 K)稍高的温度($T_{GL} \approx $ 255 K)。然而,槽水,表现出显着不同的温度依赖性,其性质从散装。熵计算表明,小沟水在室温下也是有序的,在$T \approx$ 255 K时的相变可以表征为{ \em强-强}动力学相变.低温水的特征在于明显的四面体有序,如在O-O-O角分布中$109^{\circ}$附近急剧上升所示。我们发现,亚当斯-吉布斯之间的关系的构型熵和平移扩散持有相当不错,当这两个量一起绘制在一个主图的不同区域的水相DNA双链体(散装,主要和次要凹槽)在不同的温度。水分子在DNA不同区域之间转移的活化能与温度无关。
2008-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergence of mixed orientational ordering in quasi-one-dimensional superdisk and superball fluids
该研究通过传递算子方法在准一维硬非球形体流体中发现了一种空间均匀但取向有序的混合取向结构,其稳定条件为平行与垂直取向边长相等且相邻侧面曲率不同,而微小拉伸会破坏该有序。
2025-10-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural Order in Glassy Water
我们使用扩展的简单点电荷(SPC/E)模型进行经典的分子动力学模拟的水在玻璃态水的结构顺序。我们在不同的冷却速率和密度下,在玻璃化转变温度范围内进行等容冷却模拟。我们量化结构顺序的取向和平移顺序度量。在将液体冷却到玻璃态时,取向序参量$Q$和平移序参量$τ$都增加。在T=0 K时,玻璃落在$Q$ - $τ$平面或{ \it有序映射}中的线上。这条线的位置仅取决于密度,并且与冷却时采样的固有结构(IS)的有序图中的位置一致。我们评估的能量的IS,$e_{IS}(T)$,并发现,这两个序参量的IS是成正比的$e_{IS}$。我们还研究了低密度无定形冰(LDA)的高密度无定形冰(HDA)的转变过程中等温压缩的结构顺序,并能够识别对应于这些玻璃的顺序图中的不同区域。LDA和HDA的序参量与等容冷却后获得的顺序参数的比较表明,通过冷却获得的玻璃和通过压缩获得的玻璃之间的主要结构差异。这些结构上的差异仅仅微弱地反映在配对关联函数中。我们还表征了等压退火后的结构顺序的演变,导致在高压非常高密度的非晶冰(VHDA)。
2005-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Decoupling phenomena in supercooled liquids: Signatures in the energy landscape
一个显着的偏差从德拜模型的旋转扩散的取向自由度的动力学在等摩尔混合物的旋转椭球体和球体被发现精确地开始在一个温度下,系统的平均固有结构能量开始下降,随着温度的下降。我们认为,这个起始温度对应于出现的α-过程作为一个独特的取向松弛模式。同样重要的是,我们发现,旋转和平移扩散之间的耦合在更低的温度下发生急剧变化的平均固有结构能量的温度依赖性打破。
2005-10-26 cond-mat.soft
Dynamical and orientational structural crossovers in low-temperature glycerol
在玻璃形成材料和蛋白质中的氢原子的均方位移,如非相干弹性中子散射所报道的,显示出它们的温度依赖性的扭结。这种交叉被称为动态转变,连接了两个近似线性的状态。它通常被分配到动态冻结的分子模式的子集之间的平等点,其相应的弛豫时间和仪器的观察窗口。本文通过广泛的分子动力学模拟研究了甘油玻璃形成过程中动力学转变的起源。我们发现在相同的温度下,分子的质心平移和转动都发生了动力学跃迁,对观测窗口的变化不敏感。甘油的平移和旋转动力学都表现出从结构到二次弛豫的动态过渡温度下的动态交叉。在相同的温度范围内观察到的取向柯克伍德因子和介电常数的显着和不连续的增加。然而,我们没有发现任何迹象表明一个真正的热力学过渡到一个有序的低温相。因此,我们认为,所有观察到的交叉是动态的字符。介电常数的增加与模拟时间尺度上偶极域的动态冻结有关。
2016-03-24 cond-mat.soft
Periodic ordering of clusters and stripes in a two-dimensional lattice model. II. Results of Monte Carlo simulation
最近邻吸引和第三邻排斥的三角格子模型,在[J. Pekalski,A。Ciach和N. G. Almarza,arXiv:1401.0801 [cond-mat.soft]]通过蒙特卡罗模拟进行研究。引入适当的序参量,使我们能够构建一个相图,其中具有由团簇、气泡或条纹组成的图案的不同相是热力学稳定的。我们观察到,特别是,两个不同的层状相-较不有序的一个与全球取向秩序和更有序的一个与取向和平移顺序。我们的研究结果涉及自发斑图形成固体表面,流体界面或膜,这是由吸附颗粒或分子之间的竞争相互作用驱动。
2014-01-24 cond-mat.soft
Interplay of orientational order and roughness in simulated thin film growth of anisotropically interacting particles
利用动力学蒙特卡罗模拟研究了立方晶格上各向异性颗粒薄膜的粗糙度和取向有序性。选择晶格粒子之间的各向异性相邻相互作用来模拟形状各向异性在盘状或棒状分子与范德华吸引力的相互作用中的影响。增加各向异性首先导致膜中的优选取向(其接近于相应的平衡转变),而粗糙度演变的定性模式(从各向同性系统已知)不改变。在强的各向异性,一个有效的台阶边缘(Ehrlich-Schwoebel)的障碍出现,并发现一个非平衡的粗糙化效果,伴随着重新排序的薄膜,这可以解释为成核和生长的域躺下盘或杆。的顺序和粗糙度的信息被组合成一个图的动态增长模式。
2022-09-07 cond-mat.soft
Quasi long-ranged order in two-dimensional active liquid crystals
本研究针对二维活性液晶的准长程有序问题,发现其有序特性由平移与取向动力学共同决定,序参量关联函数幂指数范围为0到2,打破平衡态普适规律,且得到实验数据支持。
2023-11-06 cond-mat.soft
Thermotropic Orientational Order of Discotic Liquid Crystals in Nanochannels: An Optical Polarimetry Study and a Landau-de Gennes Analysis
基于芘衍生物的分散液晶的取向顺序的光学偏振测量,并限制在作为温度、通道半径(3 - 22 nm)和表面化学的函数的单片介孔氧化铝、二氧化硅和硅的平行排列的纳米通道中,揭示了径向和轴向柱状顺序的竞争。相对于本体中的不连续转变,受限体系的取向序参量的演化是连续的。对于大于10 nm的通道半径,我们建议几个,替代的缺陷结构,这是兼容的集体分子取向的光学实验在这里,并与平移,径向柱状顺序在以前的衍射研究报告。对于较小的通道半径,我们的观察结果可以半定量地描述的Landau-de Gennes模型的径向有序列(受弹性张开变形),共存于一个取向无序,各向同性的核心的一个无规壳。对于这些结构,圆柱形的相边界被预测为移动从通道壁的通道中心时,冷却,反之亦然,加热时,根据观察到的显着的冷却/加热temperases和缩放行为的转变温度与通道直径。实验提示的paranematic状态的情况下是一致的双二次耦合的张开变形的序参量。
2015-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The order-disorder transition in model lipid bilayers is a first-order hexatic to liquid phase transition
利用分子动力学模拟研究了模型脂双层中的有序-无序转变。我们发现有序相是六方相。特别地,面内结构具有5-7个向错对的有限浓度,这些向错对在整个双层的平面中扩散,并且此外,面内结构表现出长程取向有序和短程平移有序。相反,无序相是液体。两相之间的过渡是一阶的。具体而言,它表现出滞后,共存表现出与毛细管缩放的接口。的接口和它的空间波动的位置进行了分析,从一个旋转不变的本地6倍取向顺序构造的空间场。作为有限界面张力的结果,必然存在预熔化有序相的膜结合溶质之间的组装的关联力。
2015-07-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Structure of the simple harmonic-repulsive system in liquid and glassy states studied by the triple correlation function
一个有效的描述的结构的液体,特别是,结构的变化,发生与液体过冷仍然是一个挑战。在这种情况下,由软粒子组成的系统特别有趣,因为它们经常表现出不允许引入最近邻壳的概念的非平凡局部序。由于这个原因,一些用于原子液体结构分析的方法在软粒子体系中的应用是值得怀疑的。在这里,我们报告了我们的调查的结构简单的谐波排斥液体在3D使用三重关联函数(TCF),即,不依赖于最近邻概念的方法。该液体被认为处于减压($P=1.8$)下,在该减压下,它表现出显著的抗冷却结晶的稳定性。它表明,TCF允许解决的结构,不允许从键取向序参量的研究得出明确的结论的取向相关性的发展。我们的研究结果表明,取向的相关性,如果测量的TCF中的峰的高度,显着增加冷却。这种取向有序的上升并没有被柯克伍德的叠加近似正确地捕捉到。对TCF中峰的形状的详细考虑表明取向有序和系统动力学的减慢之间存在联系。我们的研究结果支持这样的观点,即液体中的取向相关性的发展可能在液体的动力学中起着重要的作用,并且对分布函数的考虑可能不足以直观地理解液体在过冷时发生的所有结构变化。
2020-09-08 cond-mat.soft
Mechanics and statistics of a solvable model of an autophoretic colloidal chain
Indian Institute of Technology Madras(印度理工学院马德拉斯分校);Center for Soft and Biological Matter, IIT Madras(IIT马德拉斯软与生物物质中心)
本文提出一类通过单极自电泳相互作用耦合的活性胶体链可解模型,证明其存在准平衡特性,揭示耗散由平移部分承担,分析了偶极耦合对系统平衡结构的影响。
2026-08-31 cond-mat.soft
Tetratic Phase in 2D Crystals of Squares
本研究通过实验观察二维方形晶体熔化过程中的四方相,利用四重键取向关联函数证实其具有准长程取向序,为KTHNY理论提供了新证据。
2024-11-10 cond-mat.soft
Structure, diffusion and orientational freezing in lithium metasilicate
我们报告的动态和结构表征偏硅酸锂$Li_2SiO_3$,网络形成离子玻璃,通过分子动力学模拟。该系统的特征在于$SiO_4$四面体的网络,该网络被扩散通过网络的$Li$离子破坏。通过测量$Si$和$O$原子的均方位移,我们可以确定四面体停止相对运动的温度。该温度$T_c\approx 1500\,K$可以在模式耦合理论的框架内表征。在低得多的温度$T_g\approx 1000\,K$下,体积对温度数据的斜率的变化允许挑出玻璃化转变。我们发现这两个过渡的签名结构序参数,有关的四面体的方向。随着温度的降低,我们发现,在模式耦合转变温度附近,测量四面体相对取向的一组序参数停止增加,并在低于$T_c$时保持恒定。另一个众所周知的测量取向顺序,键取向顺序参数,在所研究的系统中测量单四面体内的局部顺序,被发现继续增长低于$T_c$,直到$T_g$,低于它保持不变。我们的研究结果允许相关的两个特征的动态转变与相应的结构转变,观察到在两个不同的取向顺序参数。此外,结果表明,网络的四面体继续放松远低于点,其中相邻的四面体不能重新排列相对于彼此,和玻璃达到后,只有在一个过程中的原子,形成的四面体的松弛,量化的变化键取向顺序参数。
2013-08-07 cond-mat.soft
Bond orientational ordering in liquids: Towards a unified description of water-like anomalies, liquid-liquid transition, glass transition, and crystallization
物质至少有三种基本状态,取决于温度和压力:气体,液体和固体(晶体)。这些状态由它们之间的一阶相变分离。在气相和液相中都存在完全的平移和旋转对称性,而在固相中,这两种对称性都被打破。在液体和固体之间的中间相中,包括液晶和塑性晶体相,仅保留两种对称性中的一种。在物质的基本状态中,人们对液态的了解最少。我们认为,这是至关重要的,更好地了解液体认识到,液体一般有一种倾向,有本地的结构秩序和它的存在是内在的和普遍的任何液体。这样的结构排序是许多体相关性的结果,更具体地说,键角相关性,我们相信这是描述液态的关键。我们表明,这种物理图像可以自然地解释与液态相关的困难的未解决的问题,例如水型液体(水,Si,Ge,...)的异常,液体-液体转变、液体-玻璃化转变、结晶和准晶形成,以统一的方式。换句话说,我们需要一个新的序参量来代表低的局部自由能组态,在许多情况下,这是键取向序参量,除了密度序参量的物理描述这些现象。在这里,我们回顾我们的两个顺序参数模型的液体,并考虑如何将瞬态局部结构排序与所有上述现象。并对这些现象之间的关系进行了讨论。
2013-07-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structure and relaxation processes of an anisotropic molecular fluid confined into 1D nanochannels
用中子散射和光谱技术研究了多孔硅柱状结构中近晶相液晶的结构序参量。结果表明,限制相的平移和取向各向异性特性强烈耦合到多孔硅基质的一维字符。讨论了这种限制诱导的各向异性局域结构对皮秒时间尺度内分子重取向的影响。
2006-05-04 cond-mat.soft
Collective Variables Based on Multipole Expansion of Ewald Summation for Crystallization
本文提出基于Ewald求和多极展开的集体变量框架,通过球谐函数投影编码平移与取向有序,实现结晶模拟中高保真且可转移的晶体结构预测。
2025-10-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Amorphous Radial Frustration and Water-Like Anomalies in a Ramp-Shoulder Fluid
Universidade Federal do Oeste da Bahia(巴伊亚联邦大学);Universidade Federal do ABC(ABC联邦大学);Universidade Federal de Pelotas(佩洛塔斯联邦大学);Universität Konstanz(康斯坦茨大学)
通过分子动力学模拟研究聚合物接枝纳米颗粒有效相互作用导出的三维粗粒化斜坡肩部流体,发现其热力学、结构和动力学反常,并揭示非晶径向挫败机制。
2026-05-21 cond-mat.soft