Stability of supercooled binary liquid mixtures
最近，在冗长的分子动力学模拟中，过冷的Wahnstrom二元Lennard-Jones混合物部分结晶为${\rm MgZn_2}$相晶体。我们提出了分子动力学模拟的修改后的Kob-Andersen二元Lennard-Jones混合物，也结晶在冗长的模拟，但在这里形成纯fcc晶体的主要组成部分。这两个发现激发本文给出了一个一般的热力学和动力学处理的过冷二元混合物的稳定性，强调负混合焓的重要性，无论何时存在。该理论被用于从一系列相关体系的结晶时间估计Kob-Andersen混合物的结晶时间。在T=0.40时，我们估计该时间为5个$\times 10^{7}$时间单位（$\approx 1. ms$）。提出了一种新的二元Lennard-Jones混合物，它不容易结晶，并且比两种标准的二元Lennard-Jones混合物更快地模拟;这是通过切换到Weeks-Chandler-Andersen型势来去除相似粒子吸引力，同时保持不相似粒子吸引力来获得的。
2012-09-28 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
The role of the attractive forces in a supercooled liquid
分子动力学模拟了Lennard-Jones粒子在不同吸引力范围的过冷液体中的结晶过程，结果表明，来自第一、第二和第三配位壳层的吸引力的引入增加了系统结晶的趋势。在过冷液体中的键序$Q_6$是不均匀分布的，对于过冷液体，具有相对高键序的颗粒簇，并且随着吸引力范围的增加，不均匀性的程度系统地增加。结晶开始出现在这样的集群，这共同解释了吸引力对结晶的影响。的均方位移和自扩散常数表现出相同的依赖性的吸引力的范围内的动态和显示，吸引力和力的范围起着重要的作用，键序，扩散和结晶。
2021-02-04 cond-mat.other cond-mat.soft
Thermalization Calorimetry: A simple method for investigating glass transition and crystallization of supercooled liquids
我们提出了一种简单的方法，快速和廉价的热分析过冷玻璃形成液体。这种“热化量热法”技术是基于在加热或冷却样品期间监测温度及其变化率，对于该样品，热功率输入来自通过绝缘材料的热传导，即，与样品与周围环境的温差成正比。所监测的信号反映了样品的比热，并且对放热和吸热过程敏感。该技术可用于研究过冷液体及其结晶，例如，用于定位玻璃化转变和熔点，以及用于研究抗结晶的稳定性和估计在玻璃化转变时固相和液相之间比热的相对变化。
2016-07-11 cond-mat.soft physics.ed-ph physics.ins-det
Real-time observation of the isothermal crystallization kinetics in a deeply supercooled liquid
低于熔化温度时，$T_m$晶体是典型的元素或分子体系的稳定相。然而，将液体冷却到低于$T_m$，结晶是不可避免的。液体可以过冷，最终形成低于玻璃化转变温度$T_g$的玻璃。尽管它们具有长的寿命和产生表观稳定性的强势垒的存在，但过冷液体和玻璃保持固有的亚稳态和对晶体的热稳定性不稳定。在这里，我们研究了在深过冷液体在1100 K，大约一半之间的$T_m$和$T_g$的原型强玻璃形成剂GeO $_2$的等温结晶动力学。结晶过程已通过时间分辨中子衍射观察了约三天。数据显示，无定形结构向α-石英相连续重组，最终材料由陷入低密度残余无定形基质的结晶域组成。的衍射图案的定量分析，可以确定的时间演变的相对分数的晶体和非晶，这是通过一个经验模型解释的结晶动力学。这种方法提供了一个很好的描述的实验数据，并确定了晶体和非晶之间的捕食者-猎物一样的机制，密度变化作为阻挡屏障。
2016-11-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Liquid-liquid phase separation precedes crystallization in supercooled water-glycerol solutions
Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Saint Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器中心）；Technische Universität Bergakademie Freiberg（弗莱贝格矿业科技大学）；ESRF – The European Synchrotron（欧洲同步辐射装置）
研究过冷水-甘油溶液的结构演化，采用XPCS、USAXS与WAXS结合的方法，发现液-液相分离先于冰结晶发生，相场模拟验证旋节线分解场景，为区分两过程提供了途径。
2026-09-07 cond-mat.soft physics.chem-ph
Polytetrahedral short-range order and crystallization stability in supercooled ${\rm Cu_{64.5}Zr_{35.5}}$ metallic liquid
发展可靠的原子间相互作用势对于从理论上研究非晶合金的化学组成、结构和可观测性能之间的关系是至关重要的。由于势参数化过程的模糊性，系统的一些关键性质，如结晶稳定性或基态晶相的对称性，可能无法在计算机模拟中正确再现。在这里，我们解决这个问题的${\rm Cu_{64.5}Zr_{35.5}}$合金所描述的嵌入原子模型势的两个修改，以及\textit{ab initio}分子动力学。我们观察到，在低过冷度，这两个模型提供了非常相似的液体结构，这与\textit{ab initio}模拟得到的一致。然而，深度过冷液体表现出本质上不同的局部结构，从而表现出不同的结晶稳定性。该体系具有更明显的二十面体有序性，结晶稳定性更好，与Frank假说一致。
2019-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Liquid-liquid phase transition in deeply supercooled Stillinger-Weber silicon
在单组分网络形成液体中两个不同液相之间存在相变（例如，水、二氧化硅、硅）引起了相当大的科学兴趣。对于实验和模拟来说，挑战在于液-液相变发生在深度过冷条件下，其中结晶发生得非常迅速。因此，早期的状态方程研究的证据受到了挑战，认为缓慢的自发结晶被误解为第二种液态的证据。随后，严格的自由能计算证实了某些水模型中存在液-液相变，令人兴奋的新实验证据也支持了这些计算结果。到目前为止，还没有在硅中发现类似的结果。在这里，我们提出的结果，从自由能计算与经典的，经验的Stillinger-Weber势为模型的硅。通过采用最先进的约束模拟协议和大量的检查热力学一致性的仔细研究，我们发现，有两个不同的亚稳液体状态和一个相变。我们的研究结果解决了一个长期存在的争论，关于存在的过冷液体硅的液-液转变和解决关键问题的相变的性质和相关的临界点。
2022-05-27 cond-mat.soft
Electrocrystallization of Supercooled Water Confined by Graphene Walls
由于水分子具有偶极矩，因此水的任何结构转变对外部电场敏感。研究了外加均匀电场对石墨烯平面间过冷水结晶的影响。这种系统的结晶是由亚稳相到有序（结晶）相的普通弛豫和由所施加的电场诱导的偶极对准引起的。我们发现，该系统在温度$T=268$ K，其中水的密度为$0.94$ g/cm $^3$和所施加的电场的大小为$E=0.5~\textrm{V}$ /埃，结晶成立方冰，几乎没有缺陷，并且结晶在时间尺度$\sim 5.0$ ns上进行。所得结果可直接用于开发水结晶驱油方法。
2019-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamical Classification of Supercooled Liquids: Critical Cooling Rates and Entropic Signatures
本研究利用分子动力学模拟，通过分析短时平均势能分布和结晶行为，将过冷液体划分为玻璃形成区与晶体形成区，揭示了临界冷却率、构型熵及交叉温度对结晶动力学的影响，建立了过冷液体的动力学分类框架。
2025-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Crystallization of Lennard-Jones nanodroplets: from near melting to deeply supercooled
我们进行了分子动力学（MD）和蒙特卡罗（MC）模拟，以表征在很宽的温度范围内的600 Lennard-Jones粒子的液体团簇的成核。我们使用的平均首次通过时间的形式主义，以确定的速率，并发现经典成核理论（CNT）预测的速率相当不错，即使采用简单的建模的微晶形状，化学势，表面张力和颗粒附着率，下降到液滴失去亚稳性和结晶的温度进行通过生长限制成核在不平衡的液体。低于该交叉温度，当MC模拟用于直接计算CNT所需的量时，仍然预测成核速率。从MD和MC获得的临界胚胎大小的差异出现时，孪生结构与五重对称性提供了一个竞争的自由能途径的临界区域。我们发现，结晶开始于hcp-fcc堆叠的前临界核，当这些胚成为临界时，发生向各种末端结构的分化。我们确认，使用系统中最大的胚胎作为反应坐标是有用的，在确定生长限制成核的发病，并表明它给出了相同的自由能垒作为完整的集群大小分布，一旦确定了适当的参考状态。我们发现，批量熔化温度控制的速率，即使液滴的固-液共存温度是显着较低。的表面张力，使CNT和直接速率测定之间的密切协议的值显着低于预期的散装系统。
2015-03-06 cond-mat.mtrl-sci 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
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
Remarkable nuances of crystallization: From ordinary crystal nucleation to rival mechanisms of crystallite coalescence
过冷体系中晶体的生长和合并过程强烈地依赖于结晶中心的浓度。我们进行原子动力学模拟的结晶过程中的金属薄膜在不同的过冷度对应的过冷液体和非晶态固体状态。标度关系被应用于识别随时间变化的晶核浓度的特征制度：稳态成核制度，饱和制度和合并制度。我们表明，在饱和制度的晶体生长出现由于混合成核和合并过程。我们发现，晶粒聚结实现主要是通过重组/吸收的晶核的机制，而定向附着的机制只表现在低水平的过冷。
2019-09-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Finite-size scaling investigation of the liquid-liquid critical point in ST2 water and its stability with respect to crystallization
水的液-液临界点假设存在两个亚稳液相-低密度液体（LDL）和高密度液体（HDL）-在过冷区域的深处。这一假说起源于ST 2水模型的计算机模拟，但LDL相相对于晶体的稳定性仍有争议。我们模拟过冷ST 2水在恒定的压力，恒定的温度和恒定的分子数N为N<=729和时间高达1000纳秒。我们观察到两种液体之间的结构和动力学的明显差异。使用几种方法，包括有限尺寸标度，我们确认存在的液-液相变结束在一个临界点。我们发现，LDL是稳定的，相对于我们的运行98%的晶体（我们执行372运行LDL或LDL样状态），并在我们的运行100%的两个最大的系统大小（N=512和729，其中我们执行136运行LDL或LDL样状态）。在所有这些运行中，微小的微晶生长，然后在1000 ns内熔化。仅对于N<=343，我们观察到在微晶达到约70+/-10个分子的估计临界尺寸之后的六个自发结晶事件（对于LDL或LDL样状态超过236次运行）。
2013-02-07 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
Kinetic mechanism of chain folding in polymer crystallization
我开发了一个动力学机制来解释在聚合物结晶链折叠的基础上形成的茎，这是由于频繁的职业的反式沿链在过冷的聚合物熔体，和无规线圈结构的聚合物链之间的竞争。将长度为$% d_l$的茎的平均形成时间与相同弧长$d_l$的聚合物片的Rouse时间设置为相等，得到茎和束的厚度的下限。估算的片层厚度与过冷度成反比。本方法强调了排斥相互作用在聚合物结晶中的重要性，预计这是负责对数片层增厚和片层厚度随压力的增加。通过将生长看作一个动态的多阶段过程，导出了生长速率的表达式。
2014-09-22 cond-mat.soft
Giant slip length at a supercooled liquid-solid interface
在过去的二十年里，温度对液-固界面摩擦和滑移的影响引起了人们的关注，无论是数值计算还是实验研究。然而，温度对接近玻璃化转变的滑移的作用较少被探索。在这里，我们使用分子动力学来模拟一个双分散的原子流体，它可以保持液体低于其熔点（过冷状态），研究温度对摩擦和滑移长度之间的液体和一个光滑的非极性壁，在很宽的温度范围。在高温下，阿耳忒弥斯定律很好地拟合了粘度、摩擦和滑移长度的温度依赖性。相反，当流体过冷时，粘度变为超阿耳茨式，而界面摩擦可以保持阿耳茨式，甚至在降低温度时急剧减小，导致滑移长度的大量增加。我们合理化所观察到的超润滑的流体的表面结晶，和流体界面层和壁的结构之间的不相容性。这项研究要求对过冷液体在低表面能固体上的滑移长度进行实验研究。
2022-11-30 cond-mat.soft
Controlling crystallization: What liquid structure and dynamics reveal about crystal nucleation mechanisms
本文从分子模拟视角综述了过冷液体中前驱体结构、动力学及液体异质性对晶体成核和多晶型选择的关键作用，并探讨了利用模板和成核剂控制结晶过程的潜力。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Competing crystallization pathways and cold crystallization kinetics in 10OS5 liquid crystal
Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院核物理研究所）；Faculty of Science, University of Siedlce（谢德尔采大学理学院）；Research Center for Thermal and Entropic Science, Graduate School of Science, Osaka University（大阪大学理学研究科热与熵科学研究中心）
研究10OS5液晶在不同温度程序下的结晶动力学与玻璃形成性质，采用Avrami模型、Augis-Bennett方法和等转化法，揭示冷结晶过程中能量释放可通过热历史调节，为热能存储应用提供候选材料。
2026-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Control of pathways and yields of protein crystallization through the interplay of nonspecific and specific attractions
我们使用计算机模拟来研究晶体形成模型蛋白质配备的相互作用，这是方向特异性和非特异性。通过调节这些相互作用的强度，可以选择不同的晶体形成动力学途径。当非特异性相互作用强时，类液体聚集可以先于结晶;当非特异性相互作用弱时，生长可以通过有序核进行。晶体产量是在某些参数制度的非特异性相互作用增强，即使它促进协会没有当地的结晶秩序。我们的研究结果表明，配备纳米级组件与弱非特异性相互作用（如耗尽吸引力）可以改变他们的动态路径的组装和优化所得到的材料的产量。
2012-04-13 cond-mat.soft q-bio.BM
Limit of validity of Ostwald's rule of stages in a statistical mechanical model of crystallization
我们只有经验法则来预测材料将如何结晶，其中最主要的是奥斯特瓦尔德的阶段法则。它指出，在母相转变时出现的第一个相是自由能最接近它的相。虽然有时支持，规则是没有理论基础，并没有普遍遵守，突出了结晶控制的微观理解的需要。在这里，我们详细研究了一个典型模型的片状颗粒的结晶途径。它表现出的结晶途径的范围是丰富的比可以预测的奥斯特瓦尔德的规则，但结合模拟和分析理论清楚地揭示了这些途径是如何选择的微观参数。我们的研究结果提出了在模拟和实验中控制自组装途径的策略。
2011-10-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Suppression of crystalline fluctuations by competing structures in a supercooled liquid
我们提出了一个几何表征的无定形液体结构，抑制结晶竞争本地与结晶顺序。为此目的，我们介绍了一种液体的晶体亲和力，一个简单的措施，其倾向于积累局部结晶结构冷却。这个量是明确相关的高温结构的协方差之间的局部波动的晶体顺序和竞争的液体结构：有利于一个结构，由于差的重叠性能，与晶体顺序的相关性降低了液体的亲和力。使用晶格模型的液体，我们表明，这个量成功地预测液体的趋势，无论是积累或抑制局部结晶波动，增加过冷。我们表明，晶体亲和力强烈相关的晶体成核速率和低温液体的晶体-液体界面自由能，使我们的理论的预测工具，以确定容易无定形结构增强玻璃形成能力。
2017-06-19 cond-mat.soft
Formation of Chain-Folded Structures from Supercooled Polymer Melts
在分子动力学模拟中观察到从熔体形成链折叠结构，类似于聚合物晶体的层流。结晶和随后的熔融温度与反层状厚度线性相关。在晶体中的单链构象的分析表明，大多数链重新进入同一片层的紧密折叠。模拟进行了一个介观珠弹簧模型，包括一个特定的角度弯曲的潜力。他们表明，链刚度单独，没有一个有吸引力的粒子间的潜力，是一个足够的驱动力，形成链折叠lamellae。
2000-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Pathways to self-organization: crystallization via nucleation and growth
结晶是一种典型的自组织过程，在此过程中，无序状态自发地转变为以其结构单元的规则排列为特征的晶体，通常通过成核和生长进行。在相变的初始阶段，由于随机涨落，新相的定域核在旧相中形成。这些核中的大多数在短时间后消失，但很少有晶体胚胎可以达到临界尺寸，在此之后进一步的生长变得有利，整个系统被转换成新的阶段。在这些课堂讲稿中，我们将讨论几个理论概念和计算方法来研究结晶。更具体地说，我们将解决罕见事件的问题，在模拟的成核过程中，并解释如何准确地计算成核率。特别注意的是针对讨论统计工具，分析结晶轨迹，并确定过渡机制。
2016-08-04 cond-mat.soft physics.comp-ph
Homogeneous crystallization in four-dimensional Lennard-Jones liquids
该研究首次在符合物理实际动力学的大尺寸四维Lennard-Jones液体模拟中观测到均匀结晶，发现长程吸引力加速4D结晶的效应与3D类似，但局域键序分布重叠的趋势相反，表明几何阻挫抑制结晶的假说仅在无粒子间吸引力时普遍成立。
2023-11-06 cond-mat.soft
Scaling in Kinetics of Supercooled Liquids
本研究通过重正化方法研究过冷液体弛豫动力学，发现势能分布偏度在特征时间尺度D处最大，并揭示类居里标度关系及临界冷却速率处的动力学相变，将过冷液体分为玻璃化转变（GDL）和结晶（CDL）两类，为理解玻璃形成提供了新视角。
2025-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase equilibria and glass transition in colloidal systems with short-ranged attractive interactions. Application to protein crystallization
本文研究了一个复杂流体模型，该模型由通过硬核和短程吸引势（汤川势和方阱势）相互作用的粒子组成。使用混合的方法，包括一个自洽的和相当准确的近似的液体积分方程的情况下的汤川流体，微扰理论来评估的晶体自由能，和模式耦合理论的玻璃化转变，我们确定了系统的平衡相图和过冷流体和玻璃相之间的平衡线。对于这些潜在的，我们研究的相图为不同的值的潜在范围，排斥核的直径的相互作用的范围的比率是主要的控制参数。我们的论点是相关的各种系统，从密集的胶体系统与耗尽力，通过颗粒凝胶，纳米颗粒聚集，和球状蛋白质结晶。
2001-11-12 cond-mat.soft
Cooperative effects of membrane confinement and gelation on PEG crystallization pathway
The University of Tokyo（东京大学）；Komaba Institute for Science, Graduate School of Arts and Sciences, The University of Tokyo（东京大学综合文化研究科驹场科学研究所）；Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）
本研究探究脂质包被琼脂糖微凝胶中PEG的结晶路径，发现膜限域与凝胶化协同改变PEG局部水合环境，稳定类非晶态前驱体并调控结晶路径，确定二者耦合是调控受限软材料中PEG结晶的关键因素。
2026-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Strong pressure-energy correlations in liquids as a configuration space property: Simulations of temperature down jumps and crystallization
最近的计算机模拟显示，几种液体在NVT系综中表现出维里和势能平衡波动之间的强相关性[U。R. Pedersen { \it等}，物理修订信函{ \bf 100}，015701（2008）]。为了研究这些相关性是否也存在远离平衡的恒定体积老化后，温度从平衡跳下，模拟两个强相关的液体，一个不对称哑铃模型和Lewis-Wahnstr{<$}m OTP，以及SPC水是不强相关。对于两种强相关的液体，在老化过程中，维里和势能密切相关。对于SPC水，另一方面，维里和势能变化的相关性很小，因为系统的年龄向平衡。进一步证明强的压力-能量相关性表达了一种构型空间性质，这来自于在恒定温度下过冷Lewis-Wahnstr{<$}m OTP结晶过程中（本文首次报道）对压力和能量的监测。
2009-03-03 cond-mat.soft
Non-classical pathways of crystallization in colloidal systems
胶体系统提供了理想的条件来研究成核过程，无论是从实验的角度来看，由于其相对大的尺寸和长的时间尺度，从建模的角度来看，由于其相互作用的可调性。在这里，我们回顾了最近的一些工作，研究胶体结晶过程中从微观角度来看。我们特别关注的非经典途径的固体晶体的外观涉及两个（或更多）序参量的波动的成核。我们将这种非经典行为解释为位置和取向对称性破缺的解耦。然后，我们考虑成核途径如何决定从熔体成核后选择哪种多晶型。此外，我们如何研究的成核途径不仅揭示了新的光的微观成核机制，但也提供了重要的信息，关于其避免，从而表明结晶和玻璃化之间的深层联系。
2016-11-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Role of attractive forces in the relaxation dynamics of supercooled liquids
分子间相互作用的吸引尾对液体的结构性质影响很小，而对动力学性质影响很大。通过在三维和二维空间中对不易于结晶的模型系统进行数值模拟，我们证明了吸引力的非微扰动力学效应相当于通过玻璃化转变温度$T_g$重新调整活化能：如果在相同的$T/T_g$值下进行比较，仅在吸引相互作用方面不同的系统具有相同的结构和动力学性质.
2020-01-10 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
Anatomy of a Complex Crystallization Pathway
University of Michigan（密歇根大学）
通过分子动力学模拟，研究两种形成相同复杂晶体结构但粒子相互作用本质不同的系统的结晶路径，发现两者在多步结晶路径和局部结构演化上相似，归因于有效相互作用的相似性。
2026-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Visualizing kinetic pathways of homogeneous nucleation in colloidal crystallization
当系统经历从液相到固相的转变时，它在达到最终状态之前通过多个中间结构。然而，我们对这一过程的确切途径的了解是有限的，主要是由于难以实现直接观察。在这里，我们实验研究的对称性和密度的各种胶体系统在液体到固体的相变的演变，并可视化动力学途径与单粒子分辨率。我们观察到形成的相对有序的前体结构具有不同的对称性，然后转换成亚稳固体。在这个转换过程中，两个主要的交叉对称路径总是发生，无论最终状态和相互作用势。此外，我们发现了一个广泛的解耦的密度变化和对称性的发展，并发现，成核很少从致密区域开始。这些发现适用于我们所有的样品，表明有可能找到一个统一的图片在胶体系统中的复杂的结晶动力学。
2014-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Direct evaluation of attachment and detachment rate factors of atoms in crystallizing supercooled liquids
结晶动力学速率因子对过冷液体和玻璃中有序固相的形成和生长有直接影响。以结晶Lennard-Jones液体为例，在目前的工作中，我们进行了\textit{direct}定量估计的关键结晶动力学速率因子的值-$g^{+}$的颗粒附着到结晶核的速率和$g^{-}$的颗粒从一个核脱离的速率。我们提出了一种数值方法，根据该方法，在不使用任何模型函数和/或拟合参数的情况下，对分子动力学模拟的结果进行统计处理。这种方法允许人们准确地估计临界核尺寸$n_{c}$。我们发现，对于生长的核，其尺寸大于临界尺寸$n_{c}$，这些动力学速率因子的依赖于核尺寸$n$遵循幂律。在亚成核状态的情况下，当核小于$n_{c}$时，量$g^{+}$的$n$依赖性强烈地由系统的固有微观性质决定，并且这种依赖性不能在任何普遍定律（例如，幂律）的框架中描述。已经确定，晶核的生长速率对其尺寸的依赖性在$n>3n_{c}$颗粒的尺寸处进入静止状态。
2021-05-14 cond-mat.other cond-mat.soft
The Ultimate Fate of Supercooled Liquids
近年来，动力学长度尺度过冷液体在玻璃化转变附近起着重要作用的观点已被广泛接受。我们研究了生长中的β_α和冷却时收缩的晶核尺寸β_M之间的相互作用的含义。我们认为，在低温下，当α_α > α_M时，出现了一种新的结晶机制，使得稀疏连接的结晶度的大规模网络能够快速发展。虽然我们预测这个网络在太低的温度下，在实验室中很容易看到的系统，有明显的玻璃化转变附近的残余效应，可以解释几个以前观察到的无法解释的现象，深过冷液体，包括Fischer集群，和异常晶体生长T_g附近。
2010-06-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Suppression of the rate of growth of dynamic heterogeneities and its relation to the local structure in a supercooled polydisperse liquid
采用分子动力学（MD）模拟方法，研究了过冷液体中分子的微观排列与其在玻璃化转变附近的低温慢动力学之间的关系。一个Lennard-Jones液体的组成颗粒的大小和质量的多分散性被选为模型系统。我们的研究表明，局部结构（随多分散性而变化）起着至关重要的作用，无论是在减缓动力学和增长的动态异质性，除了确定系统的玻璃形成能力（GFA）。在固定的体积分数增加多分散性被发现抑制动态相关性的增长率，如检测到的非线性密度响应函数的峰值的增长。动态相关性的增长表现在较低的多分散性在低温下比通常更强的斯托克斯-爱因斯坦关系的崩溃，也导致多分散性系统的脆弱性降低。我们发现，抑制的增长速度的动态异质性可以归因于损失的结构相关性（如测量的结构因子和本地键取向顺序）与多分散性。虽然需要临界多分散性以避免结晶，但我们发现多分散性的进一步增加降低了玻璃形成能力（GFA）。
2008-10-06 cond-mat.soft
Crystallization Mechanism of Hard Sphere Glasses
在过冷液体中，玻璃化通常抑制结晶。然而，有些玻璃尽管阻止了扩散运动，仍然可以结晶。这个不太清楚的过程可能会限制玻璃的稳定性，但其微观机制尚不清楚。在这里，我们提出了广泛的计算机模拟解决在恒定体积（如在胶体实验）的单分散硬球玻璃的结晶。出现多个结晶斑块，而颗粒不必扩散超过一个直径。随着这些斑块的增长，邻近地区的流动性增强，产生了具有正反馈的动态异质性。未来的结晶模式不能单独从坐标预测：结晶收益的随机微成核事件的序列，在空间上相关的紧急动态异质性。
2011-04-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Crystallization of Crystalline/Crystalline Symmetric Polymer Blends Studied by Dynamic Monte Carlo Simulations
采用动态蒙特卡罗模拟方法研究了结晶/结晶（A/B）对称二元聚合物共混物的结晶行为，其中A聚合物的熔融温度高于B聚合物。在从均匀熔体冷却时，A-聚合物的结晶先于B-聚合物的结晶。结晶和宏观相分离之间的相互作用控制的形态发展。随着偏析强度的增加，形成更小和更薄的晶体，结晶度更低。在该过程中，A-聚合物首先结晶，然后在已经结晶的结构域A-聚合物的存在下B-聚合物结晶。因此，B-聚合物的结晶减慢，影响整体晶体形态。随着两种聚合物之间的分离强度的增加，我们观察到均方回转半径的下降趋势，反映了它们之间的排斥相互作用的增加。因此，形成大量具有较低结晶度的较小尺寸晶体。等温结晶表明，过渡途径强烈依赖于偏析强度。我们还观察到一个路径依赖的等温结晶行为：两步（顺序）等温结晶产生优越的结晶结构，在A-和B-聚合物比一步（重合）。
2015-06-17 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
Global perspectives on the energy landscapes of liquids, supercooled liquids, and glassy systems: Geodesic pathways through the potential energy landscape
考虑一个复杂多体系统的势能景观有多有用，在很大程度上取决于这种联系与系统动力学的直接程度。在本文中，我们表明，在我们所谓的势能景观合奏，它是可能的景观的几何形状和系统，如过冷液体的长时间动力学行为之间的直接联系。我们表明，特别是，在这样的系统中的慢动力学的发病直接由他们的测地线的长度-通过他们的景观内的特殊合奏的最短路径。这些测地线越复杂、越复杂，动力学就越慢。在景观合奏测地线有足够的定义明确的特点，是直接搜索它们的数值，一个点，我们说明了计算的测地线长度为普通的原子液体和二元玻璃形成的原子混合物。我们发现，这些系统的扩散常数的温度依赖性，包括急剧下降的玻璃形成系统接近其模式耦合过渡，定量预测的测地线路径长度的增长。
2007-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Spatiotemporal observation of quantum crystallization of electrons
液体冷却时会结晶;然而，当以某种方式避免结晶时，它们会过冷，保持其流动性，并在低温下冻结成玻璃，正如普遍观察到的那样。这些亚稳态通过成核和生长的经典动力学随时间结晶。然而，最近发现，库仑相互作用的电子在电荷受抑的三角晶格表现出过冷液体和玻璃的量子性质，他们结晶，提出了根本问题：什么功能是普遍的结晶在大和特定的量子系统？在这里，我们报告了我们的实验挑战，解决这个问题，通过在有机材料中的电子结晶的时空观察。通过拉曼显微光谱，我们是第一个成功地对电子结晶进行实时空间和实时成像的公司。结果直接捕获强烈的温度依赖性的结晶曲线，表明成核和生长进行在不同的温度依赖性的速率，这是常见的常规结晶。然而，值得注意的是，增长率比常规情况下的增长率大许多数量级，这可归因于量子效应。成核和生长的温度特性是普遍的，而异常快速的生长动力学特征量子结晶，其中量子到经典的灾难发生在相互作用的电子。
2022-01-13 cond-mat.soft cond-mat.str-el
How do hydrogen bonds break in supercooled water?: Detecting pathways not going through the saddle point of two-dimensional potential of mean force
过冷水表现出非常缓慢的动力学类似的行为观察到的各种玻璃形成液体。由于氢键（H-键）的四面体结构的局部有序性随着温度的降低而增加。因此，澄清氢键断裂过程的温度依赖性是很重要的。本文采用分子动力学模拟对TIP 4P过冷水进行了研究。利用水分子间的距离和夹角的组合，给出了平均力（PMF）的二维势。二维PMF的鞍点表明存在区分氢键和非氢键状态的过渡态。然而，我们观察到的路径不通过这个鞍点，特别是在过冷状态，这是由于平移，而不是旋转运动的分子。我们量化了旋转和平移氢键断裂的特征时间尺度。平移氢键断裂的时间尺度显示了非阿克里乌斯温度依赖性的氢键寿命。该时间尺度与基于过渡态理论的透射系数的温度依赖性有关。平移氢键断裂也与玻璃形成液体中观察到的笼跃有关，其中大多数涉及空间相关的分子。我们的研究结果保证进一步探索一个适当的自由能表面或反应坐标以外的几何变量的水二聚体描述一个可能的鞍点有关的集体跳跃运动。
2018-06-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.chem-ph
Liquid dynamics in partially crystalline glycerol
我们提出了一个介电研究过冷甘油结晶过程中的动力学。我们探索转化成固相的实时监测介电信号的振幅的时间演变。初始成核和晶体生长对液相动力学都没有明显的影响。对于所研究的一个样品，在过渡结束后，一小部分甘油仍处于无序状态。我们研究了这种受挫晶体的α弛豫的性质，发现它实际上是相同的散装动力学。除此之外，我们还没有发现过冷甘油转变成一种特殊相的证据，在这种相中形成了新的固体无定形状态或分散在液体基质中的纳米晶体。
2017-02-28 cond-mat.soft
Non-Maxwellian Velocity Statistics in Supercooled Liquids and Their Possible Relation to Super-Arrhenius Viscosity
Washington University（华盛顿大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；University of Oxford（牛津大学）
本文通过引入不强制麦克斯韦速度分布的热浴，在过冷液体模拟中观察到非麦克斯韦速度分布，其超额峰度与超阿伦尼乌斯弛豫相关，并可能解释玻璃形成液体的慢弛豫和输运现象。
2026-07-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Crystal Nucleation in a Supercooled Liquid with Glassy Dynamics
在模拟过冷，高密度的液体二氧化硅，我们研究的温度范围T中，我们发现晶体成核，以及玻璃形成液体的特征动力学，包括故障的斯托克斯-爱因斯坦关系。我们发现，液体不能观察到低于均匀成核极限（HNL），在该液体结晶速度比它可以平衡。我们表明，HNL会发生在较低的T，也许不是在所有，如果遵守斯托克斯-爱因斯坦关系，因此，玻璃态动力学起着核心作用，在这种情况下，在设定的结晶极限的液体状态。我们还探讨了HNL的Kauzmann温度的关系，并测试附近的HNL的类旋节效应。
2009-10-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
The absence of crystallization on supercooling in a single component system of particles interacting through the harmonic-repulsive potential. A possible formation of a quasicrystal at a different value of the density
在这篇文章中，我们报告了两个，因为它似乎对我们来说，相当不寻常的观察分子动力学模拟的单组分系统的粒子相互作用，通过谐波排斥对势在3D。特别是，在某些密度，我们观察到深深的过冷液体状态，没有表现出结晶在相当长的MD运行。这种观察结果是不寻常的，因为通常只有一种类型的粒子形成的液体在过冷时很容易结晶。在不同的密度值下，我们观察到液体结晶成一种由颗粒链（或线）形成的状态，这些颗粒链（或线）以这样一种方式组织成柱，即每一柱由七条颗粒线形成。或者，可以认为每个这样的列由三个交替的螺旋线圈形成。在我们看来，在这种密度下从液体中结晶出来的整体结构可能是准晶体。如果情况确实如此，那么这种观察是不寻常的，因为据我们所知，目前还不期望准晶结构可以在像谐波排斥势这样简单的势中形成。与通过谐波-排斥势相互作用的粒子的可推测的相图相关的研究已经在[J. Chem. Phys. { \bf 134}，044903（2011）]中报道。我们的结果似乎与那里提出的一些结果不一致。
2017-10-15 cond-mat.soft
Crystallization and arrest mechanisms of model colloids
我们进行了动态模拟的领域与短程吸引力的相互作用的相互作用强度和范围的许多值。快速晶化发生在该参数空间的局部区域，但在该区域内的结晶路径的性质是不均匀的。路径范围从一步，其中晶体直接从气体成核，到两步，其中大量的液体状簇形成，随后才变成结晶。由于气体或液体的缓慢成核，或由于强相互作用引起的动态停滞，结晶可能失败。被捕状态的特点是形成网络的面共享四面体，可以检测到的本地公共邻居分析。
2015-07-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Dielectric relaxation and crystallization behaviour of amorphous nilutamide
用宽带介电谱研究了尼鲁米特的玻璃态和过冷液体态的分子迁移率。除了初级$α$ -松弛外，还观察到一个多余的翼状次级松弛。结构$α$ -弛豫的温度依赖性表现为非Arrhenius行为，并遵循Vogel-Fulcher-Tammann（VFT）经验公式。由VFT参数得到玻璃化转变温度T $_{g}$ = 302 K，脆性指数m=76。结构$α$ -弛豫过程是非德拜的，Kohlraush-Williams-Watts拉伸指数$β_{KWW}$ =0.76。尼鲁米特的二次弛豫时间与耦合模型计算的原始弛豫时间一致。因此，尼鲁米特的二级弛豫过程被视为Johari-Goldstein（JG）$β$ -过程，它是结构$α$ -过程的前体。最近关于尼鲁米特的报告表明，甚至在T $_{g}$以下成核增加，然而我们将其归因于JG $β$ -弛豫。在介电测量期间，无定形尼鲁米特重结晶。本文用等温介电测量法研究了无定形尼鲁米特在326 K时的晶化过程。结晶过程遵循Avrami方程，并求出了相关参数。
2016-06-20 cond-mat.other cond-mat.soft
