Liquid-liquid phase transitions in supercooled water studied by computer simulations of various water models
通过对密度涨落限制体系等温线的MC模拟和Gibbs系综MC模拟，确定了各种水模型的液-液和液-汽共存区。所有研究的水模型显示多个液-液相变在过冷区域：我们观察到两个转变的TIP 4P，TIP 5 P和SPCE模型和三个转变的ST 2模型。这些相变相对于液体-蒸气共存曲线和玻璃温度的位置对水模型及其实现高度敏感。我们建议，在约228 K的过冷区域中的实际液态水的明显的热力学奇异性是由接近第一（最低密度）液-液相变的旋节线引起的。在277 K时，液态水的密度最大值与第二次液-液相变有关，该相变位于正压下，临界点接近最大值。讨论了单组分流体中液-液相变可能的序参量和普适类。
2005-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular mode-coupling theory for supercooled liquids: Application to water
我们提出的模式耦合方程的描述中观察到的过冷分子液体接近玻璃化转变的缓慢动力学。模式耦合理论（MCT）最初制定的研究在简单的原子液体中的慢松弛，然后扩展到线性分子组成的液体的分析，在这里推广到系统的任意形状，刚性分子。我们比较预测的理论的$q$矢量依赖的分子非遍历性参数，计算通过数值求解分子MCT方程在两个不同的近似方案，“精确”的结果计算从分子动力学模拟过冷水。理论和模拟数据之间的协议支持的观点，MCT成功地描述过冷分子液体的动力学，即使是网络形成的。
1999-05-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microsecond long atomistic simulation of supercooled water
过冷水是低于熔化温度的液态水的亚稳相。最近对结晶速率与液相平衡时间尺度之间的关系进行了有趣的讨论。使用水的粗粒单原子模型（mW模型）的计算表明，低于均匀成核温度$T_H\approx225$ K的液体平衡比冰成核慢。本文采用3 $μ$长时间分子动力学方法模拟了TIP4 P-Ew水模型，研究了原子模型在低于$T_H$的过冷区的弛豫性质.有证据表明，TIP4P-Ew模型的液相是在冰成核之前的过冷制度的平衡。
2012-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Structure of high-pressure supercooled and glassy water
我们数值研究的亚稳平衡结构的深过冷水和玻璃水的压力下，覆盖的密度范围对应的实验产生的高密度和非常高密度的非晶相。在$T = 188$ K下，在从$2.5$到$13$ kbar的不同压力下观察到密度的连续增加，没有一级转变的迹象。利用最近提出的径向分布函数的分析方法-基于氢键网络的拓扑性质-我们能够确定定义明确的局部几何形状，涉及由多个氢键分离的分子对，具体的高和非常高的密度结构。
2021-09-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Supercritical density fluctuations and structural heterogeneity in supercooled water-glycerol microdroplets
本研究利用快速蒸发冷却和超快X射线散射技术，发现过冷甘油-水微滴的密度涨落和等温压缩率在冷却时增加，分子动力学模拟证实甘油使最大压缩率温度降低，揭示了水液-液相变与水溶液性质的相互作用及其对冷冻保存的意义。
2024-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Volume analysis of supercooled water under high pressure
基于高压下过冷水密度的实验结果[O. Mishima，J.Chem.Phys.133，144503（2010）]，我们在等温-等压系综中进行了本体水的原子分子动力学模拟研究。在不同的等压线和等温压缩在不同的温度下的冷却和加热循环进行的压力范围从0到1.0 GPa的水样品。冷却模拟是在40 K至380 K的温度范围内使用两种不同的冷却速率（10 K/ns和10 K/5 ns）进行的。对于加热模拟，我们使用最慢的加热速率（10 K/5 ns），通过应用相同范围的等压线。我们的分析的体积的散装水样品的温度在不同的压力从等压冷却/加热和等温压缩循环的变化表明一个凹向下的曲率在高压下，与乳化水的实验是一致的。特别地，在180 K和220 K之间观察到强烈的下凹曲率。低于玻璃化转变温度（1GPa时约为180 K），体积变成向上凹的曲率。在低于180 K的温度下，甚至在系统运行额外的微秒之后，也没有观察到过冷液体状态的结晶。
2018-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Metabasin dynamics and local structure in supercooled water
我们采用距离矩阵方法研究过冷水中的变质基动力学。我们发现，该系统的运动包括在探索一个有限的区域的配置空间（封闭几个不同的局部极小值），命名为元基，然后由一个尖锐的交叉到一个不同的元基。变基过渡之间的特征时间是结构弛豫时间，这表明这些过渡是相关的长时间动态。变基之间的交叉伴随着几组动态相关粒子的非常快速的扩散跳跃。这些颗粒形成相对紧凑的簇，并作为合作的松弛单元负责密度弛豫。我们发现，这些移动的粒子往往是由一个平均协调大于四，即位于四面体氢键网络被扭曲的区域。
2007-02-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Conservation of the Stokes-Einstein Relation in Supercooled Water
斯托克斯-爱因斯坦（SE）关系通常被认为是在过冷水中被打破。然而，这一结论是在测试SE关系的某些变体而不是其原始形式的有效性后得出的，并且它似乎与过冷水处于局部平衡的事实相矛盾。在这项工作中，我们表明，分子动力学模拟的爱因斯坦和斯托克斯关系确实是保守的过冷水。原始SE关系式及其变体之间的不一致性来自两个事实：（1）SE变体中剪切粘度的替代物是波矢相关的，因此它只是粗略的近似;（2）有效流体动力学半径实际上随着温度的降低而减小，而不是SE变体中假设的常数。除过冷水外，这种不一致性也可能存在于其他过冷液体中。
2021-08-20 cond-mat.soft
Ferro-electric phase transition in a polar liquid and the nature of λ-transition in supercooled water
本文发展了一系列近似方法来计算极性液体的自由能。我们表明，分子之间的偶极相互作用的长程性质导致顺电状态在低温下的不稳定性和二阶相变。我们建立的转变温度，T_{c}，无论是在平均场和环形图近似，并表明铁电转变可能发挥重要作用，解释了一些奇特的性质的过冷水，如弱奇异性的介电常数以及在很大程度上的异常密度行为。最后，我们讨论的波动，短程力的作用，并建立连接极性液体的唯象模型。
2009-12-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Specific properties of supercooled water in light of water anomalies
本文综述了水异常对低温水性质的影响。当过冷时，液体的动力学性质会发生剧烈的变化。当温度降低时，过冷液体的扩散系数至少呈指数下降，而它们的结构仅仅不改变。我们讨论了如何在低温下仍然无法解释的动力学性质的变化影响水不同于其他液体，可以从中推导出什么。
2020-01-12 cond-mat.other cond-mat.soft
Anomalies in bulk supercooled water at negative pressure
水是最常见的液体，也可以说是最复杂的液体。几十年来，人们一直在测量过冷水的异常现象，并提出了相互竞争的解释。然而，决定性的实验仍然难以捉摸，因为不可避免的结晶成冰。我们研究了水的状态，即过冷和机械张力下，或负压。负压下的液体可以在植物或矿物中的流体包裹体中找到。利用石英中的这种水包裹体，我们首次测量了低至$-15^\circ\mathrm{C}$和$-100\,\mathrm{MPa}$左右的双亚稳水。我们观察到的声速异常，可以再现定量与分子动力学模拟。这些结果排除了一个水异常的拟议方案，并对其余的进一步限制。
2013-11-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Dynamically Slow Processes in Supercooled Water Confined Between Hydrophobic Plates
我们研究了低温下疏水平面之间的水动力学。在不同的压力下，我们观察到不同的行为，我们理解的氢键动力学。在高压下，氢键网络的开放结构的形成被抑制，并且表面可以通过降低温度而快速脱水。在较低的压力下，氢键的快速有序化产生的异质性，负责强的非指数行为的关联函数，但没有强烈的相关时间的增加。在非常低的压力下，氢键网络的逐渐形成是导致相关时间大幅增加的原因，并且最终导致系统和脱水过程的动力学停滞。
2009-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Second critical point of water in supercooled confined water in L,L-diphenylalanine micro/nanotubes
分析了L，L-二苯丙氨酸微/纳米管中过冷受限水的低频（20-150 cm-1）喇曼激活声子模的温度依赖性（10-290 K）。本文详细研究了过冷受限区域中特定几何构型的水分子团簇（五聚体）的孤立动力学。还探讨了水-纳米管相互作用的一种特殊模式。在204 K观察到一个脆弱的强转变，并与Widom线的交叉。基于模式耦合理论的弛豫速率数据的临界指数分析表明，实验数据和理论完全一致。我们的结果与水的第二临界点的存在是一致的。
2014-06-26 cond-mat.soft
Breakdown of Stokes-Einstein relation in supercooled water
水在低温下表现出斯托克斯-爱因斯坦关系的破裂。我们推测，故障是一个结果的结构变化和急剧上升的动态不均匀性，发生低T时跨越Widom线。
2007-02-06 cond-mat.soft
Observation of the Density Minimum in Deeply Supercooled Confined Water
用小角中子散射法（SANS）测量了孔径为15 ± 1埃的介孔氧化硅材料MCM-41-S-15的一维圆柱孔中重水的密度。在这些孔中，本体水在235 K下不发生均匀成核过程，并且液体可以过冷至至少160 K。SANS数据的分析使我们能够确定D2 O密度的绝对值作为温度的函数。我们在210 ± 5 K观察到密度极小值，其值为1.041 ± 0.003 g/cm 3。我们的结果是一致的分子动力学模拟的预测过冷水体。这是第一次在实验上报道过冷水中存在密度极小值。
2007-04-17 cond-mat.soft
The Boson peak in supercooled water
我们进行了广泛的分子动力学模拟的TIP 4P/2005模型的水调查的玻色子峰的起源在实验中报道的过冷水在nanobolined孔，并在水合水周围的蛋白质。我们发现，玻色子峰在过冷散装水的发病与交叉到Widom线$T_W$以下的主要是低密度的液体相一致。玻色子峰的频率和起始温度在我们的模拟散装水同意从实验结果nanobolined水。我们的研究结果表明，玻色子峰值在水中是不是一个排他性的限制效果。我们进一步发现，类似于其他玻璃形成液体，对应于玻色子峰的振动模式在空间上扩展，并与在母晶体中发现的横声子有关，这里是冰Ih。
2013-05-19 cond-mat.soft
Phase diagram of supercooled water confined to hydrophilic nanopores
我们提出了一个相图的水限制在圆柱形二氧化硅纳米孔的压力，温度和孔径。封闭的圆柱形壁是亲水的和无序的，这对有序的水结构具有不稳定作用。这类系统的相图是从一般的论点，从实验观察和计算机模拟和计算机模拟测试的假设参数。相空间分为三个区域：单一的液体，晶体状固体和玻璃。对于大孔，半径超过1纳米，水表现出液体和晶体状的行为，这些制度之间的突然交叉。对于小孔半径，晶体状行为是不稳定的，水在所有非零温度下保持无定形。在足够低的温度下，这些状态是玻璃。过冷水的几个实验结果可以根据我们提出的相图来理解。
2012-05-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Equation of State for Supercooled Water Near the Liquid-Liquid Critical Point
本文建立了一个描述和预测过冷水热力学性质的参数化状态方程。的状态方程，建立在越来越多的证据表明，存在的临界点的过冷液体液态水分离，是普遍的理论标度领域，并被证明属于伊辛模型类的普遍性。理论标度场被假定为物理场、压力和温度的解析组合。状态方程使我们能够准确地定位“Widom线”（稳定性最小值的轨迹），并确定临界压力大大低于计算机模拟预测的。
2006-09-19 cond-mat.soft
Effects of hydrogen bonding on supercooled liquid dynamics and the implications for supercooled water
大量水的过冷状态在很大程度上被不可避免的结晶所隐藏，这创造了一个实验无法达到的温度状态-一个“无人区”。我们解决这个问题，并规避结晶问题，通过系统地研究氢键低聚液体（乙二醇），其中水对应于单独的链端的过冷动力学。这种新方法允许通过改变链长来改变氢键浓度，从而“稀释水”。我们观察到一个动态的交叉的结构弛豫时间的温度依赖性的所有乙二醇，与大多数过冷液体的共同行为。我们发现，交叉变得更加明显的氢键浓度的增加，这导致了一个显着的动态转变的预测内的水在T~220 K的“无人区”。有趣的是，预测的转变因此发生在所谓的“强-脆”转变的温度下。然而，我们的结果意味着，过冷水的动态转变是类似的，通常观察到的过冷液体。此外，我们还发现支持存在的二次弛豫的水与行为类似的二次弛豫所观察到的乙二醇。
2009-02-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dielectric permittivity of deeply supercooled water according to the measurement data at the frequencies 7.6 GHz and 9.7 GHz
在$7.6$ ~GHz和$9.7$ ~GHz频率下，测量了过冷水在$-20\,^{\circ}$ C ~ $-60\,^{\circ}$ C温度范围内的介电常数.测量已使用微波谐振器和湿硅酸盐吸附剂。从所获得的数据，弛豫频率的温度依赖性的更新的德拜模型与两个弛豫频率。修正后的冷水介电常数计算公式适用于$7\ldots200$ ~GHz频率范围。
2020-05-14 cond-mat.soft
Manifestations of the structural origin of supercooled water's anomalies in the heterogeneous relaxation on the potential energy landscape
液态水在过冷状态下的热力学异常现象是众所周知的。唯象双态模型--基于液态水中存在两种相互竞争的局部态（或结构）的假设--在描述水的热力学异常方面非常成功。然而，液态水中这些相互竞争的局域态的精确结构特征仍然难以捉摸。在这里，我们采用了几何序参量-自由的方法来明确识别两种类型的竞争本地状态-熵和能量的青睐-显着不同的结构和能量的功能在TIP 4P/2005液态水。这种识别是基于系统在势能景观（PEL）中的最速下降能量最小化过程中的异质结构弛豫。这种非均匀弛豫是使用受挫磁系统中自旋玻璃转变启发的序参量来表征的。我们进一步建立了这两种态的布居涨落与过冷水热容反常行为之间的直接关系。熵有利的局部状态的成分依赖的空间分布显示了一个有趣的交叉，从一个跨越网络状的单个集群的空间离域集群在Widom线附近。此外，这项研究建立了直接的关系的地形特征的PEL和水的热力学异常在过冷状态，并提供了替代标记（除了最大的热力学响应函数的轨迹）Widom线在相平面。
2022-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Electric properties of supercooled water contained in cylindrical nanopores
本文提供的数据测量过冷水在纳米多孔二氧化硅MCM-41与3.5 nm直径的圆柱形孔的电性能，使用介电谱和测量适当的电波动在低频的方法。确定了在低于-35 ℃的温度下非线性介质特性的出现，其以记录的电池容量依赖于其中的电压幅度的形式以及接近-40 ℃的噪声增加来揭示。观察到的效果应该是与早期预测的铁电相变。
2013-03-20 cond-mat.soft
Correlation between thermodynamic anomalies and pathways of ice nucleation in supercooled water
公知的经典成核理论（CNT）对于在母亚稳相内形成新稳定相的临界尺寸的核的自由能垒没有考虑具有在母亚稳相和最终稳定相之间的密度/阶数中间的其它亚稳相的影响。这种缺陷可能比CNT中的毛细管近似或球形假设更严重。这个问题在冰成核中特别重要，因为液态水在过冷状态下显示出由两个（高密度和低密度）液相组成的丰富相图。对过冷水的热力学和动力学异常现象的解释，往往会援引两个亚稳液相之间的液-液转变的可能影响。为了研究热力学异常和过冷水中亚稳液相的存在对冰成核的影响，采用密度泛函理论方法计算了相图不同区域的成核自由能垒.该理论作出了一些惊人的预测，如显着降低的成核势垒，由于存在一个亚稳的中间相和交叉的自由能垒对温度的依赖性在液-液临界点附近。这些预测可以通过计算机模拟和受控实验进行测试。
2014-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Nanoscale Protein Diffusion in Supercooled Cryoprotectant Solutions
Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Universität Tübingen（蒂宾根大学）；Universität Siegen（锡根大学）；TU Dortmund（多特蒙德工业大学）；The University of Osaka（大阪大学）；Institute for Molecular Science（分子科学研究所）；The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（高级研究院）
研究过冷冷冻保护剂溶液中蛋白质扩散，结合XPCS和SAXS，测量铁蛋白扩散系数，发现冷却时其迁移率高于预期，最小波动摩擦模型可再现，为相关理论和模拟研究提供实验基准。
2026-07-14 cond-mat.soft
High-density liquid (HDL) adsorption at the supercooled water/vapor interface and its possible relation to the second surface tension inflection point
我们研究了水的性质沿液/汽共存线在过冷制度下降到无人区。广泛的分子动力学模拟的TIP 4P/2005液体/蒸汽界面在198 - 348 K的范围内，使我们能够定位在283 $\pm$ 5 K的高精度的第二个表面张力拐点，接近最大密度的温度（TMD）。这个温度也与在被称为骨突的界面处出现的密度异常相吻合。我们与隆起的出现，在液体/蒸汽界面附近的HDL水吸附的观察。
2022-11-16 cond-mat.soft
Structural and dynamical properties of nanoconfined supercooled water
大量的水呈现出大量的结晶冰和无定形冰。已知疏水性纳米限制会影响水形成冰的趋势并降低融化温度。然而，在纳米约束的冰相的系统研究是阻碍了在非常低的温度下模拟的计算成本。在这里，我们开发了一个粗粒度的模型，在疏水纳米约束的水单层和研究冰的形成蒙特卡罗模拟。我们发现两个冰相：低压下的低密度结晶冰和高压下的高密度六角冰，即液态冰和高密度结晶冰之间的中间相。
2011-02-14 cond-mat.soft
Evidence of two distinct local structures of water from ambient to supercooled conditions
水的液态和过冷态表现出一系列的反常现象，其性质仍有争议。一个关键的作用是由于形成的结构聚集体引起的临界现象发生在过冷区域深处的水异常和隐藏的关键过程的性质仍然难以捉摸。在这里，我们报告的时间分辨光学克尔效应的振动动力学和弛豫过程中的过冷水调查。该实验测量水分子间振动和结构弛豫过程在一个扩展的温度范围内，并与前所未有的数据质量。模式耦合分析的实验数据，使表征分子间的振动模式和它们的相互作用与结构弛豫过程。结果带来的证据的共存的两个本地配置，这被解释为高密度和低密度的水的形式，后者在低温下的重量增加。
2013-12-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
The water supercooled regime as described by four common water models
简单水模型的温标一般与自然温标不一致。因此，为了对不同的水模型进行有意义的评估，需要重新调整温度。在本文中，我们介绍了一个重新标度使用的熔化温度和温度对应的最大热容来评估四个常见的水模型（TIP 4P-Ew，TIP 4P-2005，TIP 5 P-Ew和六个网站）在过冷制度。虽然所有的模型都表现出相同的一般定性行为，TIP 5 P-Ew似乎是最好的代表性的过冷制度时，使用重新缩放的温度。我们还分析，使用热力学参数，冰增长的临界核尺寸。最后，我们推测原子模型通常不结晶，而粗粒度的mW模型结晶的可能原因。
2013-07-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
Pressure Dependence of Fragile-to-Strong Transition and a Possible Second Critical Point in Supercooled Confined Water
通过在石英玻璃的纳米孔中封水，我们可以绕过晶化过程，利用中子散射研究压力对深过冷态动力学行为的影响。我们观察到一个明显的证据，尖状的脆弱到强大的（F-S）的动态转变。在这里，我们表明，转变温度随着压力的增加而稳步下降，直到它在1600巴的压力下与本体水的均匀成核温度线相交。超过这个压力，就不再可能辨别出F-S转变的特征。识别这个终点与可能的第二个临界点进行了讨论。
2005-08-16 cond-mat.soft
Anomalous behaviour of transport properties in a supercooled water-glycerol mixture
本研究利用分子动力学模拟发现过冷水-甘油混合物在低温下出现Stokes-Einsten关系违反及动力学交叉，该交叉源于四面体配位水增加与甘油分子聚集对浓度的相反依赖性。
2024-10-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Configurational Entropy and Diffusivity of Supercooled Water
我们计算的SPC/E模型的水的状态点覆盖的（T，ρ）平面的大区域的构型熵S_conf。我们发现（i）S_conf的（T，rho）依赖性与扩散常数相关;（ii）S_conf中的极大值线跟踪密度极大值线。我们的模拟数据表明，即使在模式耦合温度T_MCT（rho）以上，动力学的强烈影响S_conf。
1999-08-27 cond-mat.soft
Assessment of elastic models in supercooled water: A molecular dynamics study with the TIP4P/2005f force field
玻璃形成体表现出粘弹性行为：在实验室时间尺度上，它们在低温下表现得像（玻璃状）固体，在高温下表现得像液体。基于这种观察，弹性模型将长时间过冷动力学与过冷液体的短时间弹性性质联系起来。在目前的工作中，我们评估的剪切粘度和$α$ -松弛时间的过冷水的弹性模型的有效性，使用分子动力学模拟的TIP 4P/2005 f力场在很宽的温度范围内。我们表明，弹性模型提供了一个很好的描述过冷水动力学。对于粘度，观察到两个不同的制度和交叉温度被发现是接近的斯托克斯-爱因斯坦关系开始被违反。我们的模拟表明，只有剪切性能是重要的有效流动活化能的特征。这项研究要求在低温下的水的高频弹性特性的实验测定。
2017-07-31 cond-mat.soft physics.chem-ph
Crucial role of fragmented and isolated defects in persistent relaxation of deeply supercooled water
水的性质已经很好地阐明了$\sim$ 230 K以上的温度，但在深过冷区的奥秘仍然存在。通过对这个过冷区域进行广泛的分子动力学模拟，我们发现结构和动力学不稳定性隐藏在235 K和150 K之间的实验无法达到的区域。我们发现了一个迄今未发现的碎片从220 K到190 K，这是大集群组成的分子与局部扭曲四面体结构成小块与一个或两个孤立的缺陷的分裂。碎裂导致水的弛豫动力学发生相当大的变化。我们揭示了一个关键的作用，具体的三协调缺陷缓慢，但持久的结构松弛。由于这些特定缺陷导致的弛豫的存在使得水的玻璃化转变温度$T_{\rm g}$（= 136 K）极低，并且解释了为什么水的$T_{\rm g}$是熔融温度Tm的$\sim$ 1/2，远低于通常遵守的$T_{\rm g}/T_{\rm m}$的2/3规则。
2018-11-14 cond-mat.soft
Non-Newtonian flow effects in supercooled water
过冷水的粘度一直是深入研究的主题，特别是关于其温度依赖性。然而，关于动力学效应对过冷状态下粘度的影响，人们知之甚少。在这里，我们解决这个问题的第一次，使用分子动力学模拟研究剪切速率依赖的粘度的过冷水所描述的TIP 4P/冰模型。我们表明存在一个明显的交叉从牛顿到非牛顿的行为，其特征在于幂律剪切稀化制度。粘度降低是由于氢键网络的连接性降低。此外，剪切稀化加剧的程度过冷度的增加，而交叉流率近似成反比的牛顿粘度。这些结果激发了对这些非平衡效应与过冷水的准静态牛顿粘度行为之间可能的基本关系的进一步研究。
2020-03-13 cond-mat.other cond-mat.soft physics.comp-ph
High-Resolution Adiabatic Calorimetry of Supercooled Water
液态水在过冷区表现出反常行为。解释过冷水异常现象的一个流行假设是存在一个在临界点终止的亚稳态液-液转变。假设的相变是不能直接访问的散装实验，因为它预计将发生在"无人"的区域低于动力学稳定性限制的液相在约235 K，均匀的冰形成的温度。因此，对这一假设的验证通常是基于从实验可达区域的外推。在这项工作中，我们提出了高分辨率的绝热量热法测量的结果冷和过冷液体水在294至244 K的范围内，水的过冷的最低温度达到迄今为止在散装绝热量热实验。测量的分辨率也是创纪录的高，平均统计（随机）误差约为0.1%。这些数据与Tombari等人早先报道的过冷水的绝热量热法测量结果一致[Chem.PhysLett.，Vol.300，P.749（1999）]，但显著偏离Angell等人[J. Phys.Chem.，Vol.86，P.998（1982）]和Archer和Carter [J.Phys.Chem B.，第104卷，第8563页（2000）]。新的热容量数据的解释水的异常的性质的后果进行了讨论。
2018-12-03 cond-mat.soft physics.chem-ph
Loss Factor of Supercooled Water at the Frequencies of 11...180 GHz
过冷水在频率为11... 180 GHz的频率。提出了一种测量技术，其中使用润湿的纳米多孔硅酸盐材料，硅胶，平均孔径为6-9 nm，以获得深过冷水。当冷却到-45 °C时，已经获得了过冷水的损失因子的结果，其性质接近于体积水。为了确定孔隙水损失的机理，在温度0... 90 °C。所获得的结果表明，与基于已知模型的计算结果相比，在低于-30 °C的温度下存在显著的过度损失。为了允许增量损失因子的数学描述，在[T]中描述的公式中引入了一个新的加数作为两个高斯函数的和。Meissner，F. J. Wentz，IEEE Trans. Geosci. Remote Senses. 2004.第42卷，第1836页]。其中一个函数的极值在-45 °C附近，第二个函数的极值在-60 ° C的范围内。70 °C。在-45 °C下的额外衰减被认为与水的第二临界点有关。中心温度范围内的衰减-60... - 70 °C是由硬基质和铁电冰0之间的边界处出现导电膜决定的。这种变体是冰Ih或冰Ic的过渡形式，并且在低于-23 °C的温度下形成。
2019-01-13 cond-mat.soft
The interplay between liquid-liquid and ferroelectric phase transitions in supercooled water
本文探讨了超冷水中的液-液相变与铁电相变的相互作用，通过分子动力学模拟揭示了两者可能为同一现象的两个方面，并提出了铁电性在促进液-液相变中的作用。
2024-09-23 cond-mat.soft
Reinterpreting ultrafast experiments on supercooled water: Glass transition versus liquid-liquid criticality
The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics（阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心）
本研究通过机器学习势模拟和TNM模型，证明过冷水超快加热中的热容增加源于玻璃化转变的动力学效应，而非液体-液体临界点，为实验提供了新解释。
2026-09-23 cond-mat.soft
Liquid-liquid phase transition model incorporating evidence for ferroelectric state near the lambda-point anomaly in supercooled water
我们提出了一个统一的模型，结合一阶液-液和二阶铁电相变模型，并在一个单一的理论框架内解释液态水的$λ$点的各种功能。很明显，在所提出的模型中，不仅水分子的长程偶极-偶极相互作用在室温下产生大的介电常数$ε$值，我们的分析表明，水分子的大偶极矩也导致铁电相变在温度接近于临界点。我们的更精细的模型表明，相变只发生在低密度的液体成分，是最近在实验中观察到的介电常数的奇异性与过冷液体水在温度T~ 233 K的起源。这个组合模型与几乎所有可用的实验组一致，并解释了大多数众所周知的，甚至最近获得的MD模拟结果。
2012-01-30 cond-mat.soft
Structural Properties of High and Low Density Water in a Supercooled Aqueous Solution of Salt
我们认为，并比较散装TIP 4P水和氯化钠水溶液中的TIP 4P水的浓度C = 0.67摩尔/公斤，在亚稳过冷区的结构特性。在以前的论文[D. Corradini，M. Rovere和P. Gallo，J.Chem.Phys.132，134508（2010）]，我们发现在两个体系中存在液-液临界点（LLCP）。LLCP被认为是水的高密度液体（HDL）和低密度液体（LDL）相之间的共存线的终点。本文研究了高密度脂蛋白（HDL）和低密度脂蛋白（LDL）在体相水和溶液中的水-水结构的不同特征。我们发现，离子能够修改散装LDL结构，使水-水结构更类似于散装HDL的情况。通过对高密度脂蛋白和低密度脂蛋白水化结构的研究，确定了溶液中低密度脂蛋白本体结构改变的可能机制是氧配位壳层中的氧被氯离子取代。
2011-01-27 cond-mat.soft
A facilitation-induced fluidization transition in supercooled water triggered by a few active molecules
研究发现过冷水在少数活性分子运动及系统协同性诱导下会发生恒温流化转变，该转变具普遍性，协同运动在转变时增强且不随粘度下降消失，与动能势能比相关。
2025-09-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Hydrogen bond correlated percolation in a supercooled water monolayer as a hallmark of the critical region
许多水模型的数值模拟支持了在深过冷区存在亚稳态液-液临界点（LLCP）的可能性。在这里，我们考虑一个理论模型的过冷液体水单层和它的数学映射到一个渗流问题。映射使我们能够识别有限大小的集群在任何状态点，和无限集群在临界点，与相关的氢键（HB）的区域。我们发现，渗流线与一级液-液相变在LLCP结束。在低于LLCP的压力下，渗流线对应于热力学响应函数的强最大值和最大相关长度的轨迹（Widom线）。在较高的压力下，我们发现了一个正斜率的渗流转变，我们讨论了它与热力学的可能关系。
2019-04-24 cond-mat.soft
Decoupling of Self Diffusion from Viscosity of Supercooled Water: Role of Translational Jump-diffusion
一些实验已经证明，随着温度的降低，粘度与过冷水的平移自扩散的解耦性增加。虽然理论和计算机模拟研究表明分子的跳跃平移是上述解耦的可能起源，但仍然缺乏精确的定量估计。通过分子动力学（MD）模拟研究，随着平移跳跃运动的仔细考虑，我们已经找到了最明确的证据，增加相关的平移跳跃扩散在上述解耦现象。通过从水的总扩散中分离出仅跳跃扩散的贡献，我们获得了剩余扩散系数，该系数在整个温度范围内（包括过冷状态）与介质的粘度保持强烈耦合。这些新发现可以帮助阐明许多具有分子输运性质的实验研究，其中强扩散-粘度解耦进入画面。
2018-10-09 cond-mat.soft physics.chem-ph
Continuous diffusion model for concentration dependence of nitroxide EPR parameters in normal and supercooled water
我们测量了电子顺磁共振（EPR）光谱的14 N-和15 N-标记的全氘代TEMPONE自由基在正常和过冷水中在各种自由基浓度。利用修正的Bloch方程对EPR谱进行拟合，得到了不同温度下自由基EPR参数的浓度依赖关系。从浓度依赖性的EPR参数量化自旋退相，相干转移，和超精细分裂，我们确定了线性浓度系数，其值取决于自由基的相对运动由于调制的海森堡自旋交换（HSE）和偶极-偶极（DD）之间的相互作用。我们应用自由基相对运动的连续扩散模型，利用标准关系式和相互作用自由基对自旋演化动力学方程导出的关系式，由浓度系数计算自由基的扩散系数。结果发现，后者的方程导致从不同的浓度系数计算的扩散系数之间的更好的协议。计算的14 N-和15 N-标记的自由基的扩散系数显示出相似的值，这是一个预期的结果，支持所提出的方法。在将温度降低到过冷状态时，计算的扩散系数比由斯托克斯-爱因斯坦关系预测的降低得更慢，并且比旋转扩散系数降低得更慢。在过冷水中水分子的旋转和平移运动的NMR研究中检测到类似的效应。
2017-02-09 cond-mat.soft
Optical Kerr effect of liquid and supercooled water: the experimental and data analysis perspective
本文通过改进OKE实验与拟合去卷积方法，获得了液态及过冷水的高质量动力学数据，并比较多种理论模型，发现示意性模式耦合模型对水动力学描述最为严格完整。
2014-06-20 cond-mat.soft
Structural transformation in supercooled water controls the crystallization rate of ice
水的未解之谜之一是什么决定了它在冻结成冰之前可以冷却到的最低温度。实验上已经探测到过冷液体的均匀成核温度TH{ \approx }232 K附近，但冰结晶的机制-包括临界核的尺寸和结构-尚未解决。液态水的热容量和可压缩性在移动到过冷区域时根据幂律而急剧增加，该幂律将在Ts{ \approx }225 K（1，2）处发散，因此水的热力学异常与冰的结晶速率之间可能存在联系。但是探索这种联系是具有挑战性的，因为快速结晶阻止了对TH以下液体的实验研究。虽然原子论研究已经捕获了水结晶（3），但迄今为止所涉及的计算成本阻碍了对所涉及的速率和机制的评估。在这里，我们报告了粗粒度的分子模拟与mW水模型（4）在TH周围的过冷制度，这表明，四配位的分子在过冷液体水中的分数急剧增加解释了它的反常热力学，也控制了冰的形成速率和机制。模拟结果表明，水的结晶速率在225 K左右达到最大值，低于该温度，冰核的形成速度比液态水的平衡速度更快。这意味着液态水的亚稳态下限刚好低于TH，而远高于其玻璃化转变温度Tg{ \approx }136 K。通过提供液态水的结构转变、反常热力学和结晶速率之间的关系，这项工作为水的热力学决定冰的均匀成核速率的实验发现提供了微观基础。（五）
2011-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Supercooled Liquid Water Diffusivity at Temperatures near the Glass Transition Temperature
本文通过同位素分层无定形固态水薄膜和极慢加热实验，测量了玻璃化转变温度附近过冷液态水的扩散系数，证明无定形水熔体在Tg以上与正常过冷液体热力学连续。
2025-02-05 cond-mat.soft physics.chem-ph
Fast Increase of Nanofluidic Slip in Supercooled Water: the Key Role of Dynamics
纳米流体是一个新兴领域，为能量收集和海水淡化提供创新解决方案。这些应用的效率在很大程度上取决于液-固滑移，这是由粘度和界面摩擦之间的有利比率引起的。使用分子动力学模拟，我们表明，壁滑移强烈增加时，水被冷却到低于其熔点。对于石墨烯上的水，滑移长度乘以高达五倍，并在最低模拟温度$T \sim 225$ K下达到$230$ nm;纳米孔中的实验可以达到更低的温度，并可能揭示更剧烈的变化。预测的快速增长的水滑移也可以检测到在过冷实验达到散装水，以及在防冰表面上流动的液滴。我们解释的异常滑移行为在过冷制度之间的解耦粘度和体积密度弛豫动力学，我们合理化的壁型依赖的界面密度弛豫动力学方面的增强。通过提供在过冷制度的界面和散装水的流体动力学传输的分子机制的基本见解，这项研究是相关的防冰表面的设计，它也铺平了道路，探索新的行为在过冷纳米流体系统。
2020-07-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamic mechanical analysis of supercooled water in nanoporous confinement
采用动态力学分析（DMA）（f=0.2 - 100 Hz）研究了在T=80 - 300 K温度范围内，Gelsil（2.6 nm和5 nm孔）和Vycor（10 nm）中承压水的动力学行为。将水限制在纳米孔中部分地抑制了结晶，并允许我们在235 K以下，即在水的所谓的“无人区”中，在部分孔中进行过冷水的测量。Gelsil 2.6 nm和Gelsil 5 nm在0.2 Hz时在T1 = 145 K（P1）和T2 = 205 K（P2）附近观察到两个明显的弛豫峰。这两个峰随着孔径d的增加而向更高的T移动，并且以系统的方式随f变化，这是相应弛豫时间的典型Arrhenius行为。对于P1，我们得到的平均活化能Ea=0.47 eV，与文献值吻合良好。有人建议，P1对应于过冷水的玻璃化转变远离孔壁，而P2反映了水分子的动态附近的孔隙表面。在165 K附近（对于Gelsil 2.6 nm，0.2 Hz）的杨氏模量的显著软化的观察与P1附近的玻璃-液体转变一致。此外，我们发现一个明确的1= d-依赖的计算玻璃化转变温度外推到Tg（1/d=0）=136 K，即水的传统值。
2020-05-20 cond-mat.soft
Corresponding states for mesostructure and dynamics of supercooled water
众所周知，水在冻结时会膨胀，这是由液体在接近其冻结温度的温度下的负膨胀系数所预示的。这些行为，以及许多其他的，反映了当地四面体安排的水分子和熵的影响，反对it. Here，我们提供的理论分析，这种竞争的介观影响，平衡和非平衡，包括介导的接口。与一般的缩放参数支持的模拟结果，并与减少单位，阐明相应的状态，我们推导出一个相图散装和承压水和类水材料。对于水本身，相应的状态涵盖150 K至300 K的温度范围和1 bar至2 kbar的压力范围。在这种情况下，有两个可逆的凝聚相-冰和液体。在平衡之外，存在不可逆的多晶现象，即，一个以上的玻璃相，反映了动态逮捕的粗化冰。温度-时间曲线的推导来表征不同阶段的时间尺度，并解释不同的类水系统的对比动力学行为。
2015-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermal Conductivity Minimum: A New Water Anomaly
我们报告了一个新的异常水，在过冷区的热导率的最低值。我们的发现与水的液-液相变的存在是一致的
2007-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Size dependence of dynamic fluctuations in liquid and supercooled water
我们研究了在不同的空间长度和时间尺度上平均的动态涨落的演化，以表征TIP 4P/2005水在液态和过冷态下的时空非均匀行为。分析百万粒子模拟系统，我们提供的证据存在，过冷时，一个显着增强的空间局部动态波动来自相关的移动分子的区域。我们表明，与不相关系统的系统尺寸依赖性的预期值的偏离幅度以及最终恢复这种微不足道状态的分子尺寸在过冷时明显增加。这提供了一种手段，以估计上限的相关移动分子的区域的影响的最大长度尺度。值得注意的是，这样的上限在冷却时增加了两个数量级，在最低的研究温度下达到对应于几千个分子的值。
2018-12-17 cond-mat.soft
The Violation of Stokes-Einstein Relation in Supercooled Water
通过将水限制在纳米孔中，如此狭窄以至于液体不能冻结，可以在低于其均匀成核温度TH ~ 235 K的情况下探索其性质。特别是，水的动力学参数可以测量到低至180 K，接近建议的玻璃化转变温度Tg ~ 165 K。在这里，我们提出的实验证据，从核磁共振和准弹性中子散射光谱，一个定义良好的解耦的传输特性（自扩散系数和平均平移弛豫时间），这意味着故障的斯托克斯-爱因斯坦关系。我们进一步表明，这种非单调解耦反映了最近观察到的动态交叉的特点，在约225 K，两个动力学行为之间被称为脆弱和强大的，这是一个后果的氢键结构的变化的液态水。
2006-05-17 cond-mat.soft
How do interfaces alter the dynamics of supercooled water?
在界面附近的液态水的结构可以明显偏离本体水的结构，表面诱导的结构扰动通常在距离界面约1 nm处收敛到本体值。虽然这些结构变化是公认的，但相比之下，不太清楚界面如何干扰液体中水分子的动力学。在这里，通过一组广泛的分子动力学模拟的过冷体和界面的水膜和纳米液滴，我们观察到持久的，空间上扩展的动态域的形成，其中的平均流动性变化作为从接口的距离的函数。这与在散装水中观察到的动态异质性形成鲜明对比，其中这些域随时间在空间上平均。我们还发现，水的界面的动态响应关键取决于界面的性质和界面定义的选择。总体而言，这些结果揭示了丰富的界面水的动态，开辟了前景，通过特定的修改的界面结构或限制材料的水的动态响应调整。
2022-02-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
