Communication: Two-structure thermodynamics unifying all scenarios for water anomalies
水在超冷区的反常行为（即大气压下密度的降低和响应函数的急剧增加）主要与液-液临界状态的存在或重新进入汽-液旋节线进入正压有关。尽管不同的起源，这两种情况下引入分歧的响应函数。我们在通信中阐明，临界性是水异常的背后，水具有正常的汽-液旋节线，并且由于临界点的存在而导致弯曲的密度面，因此预测了重新进入的特征。我们可以证明这一点，通过新的两个结构的状态方程的临界性导致的两个状态和背景状态的非理想混合被模拟的状态方程，这是部署用于预测的汽液Spinodal，而制定的再入方案。
2021-09-02 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Water-Like Anomalies for Core-Softened Models of Fluids: Two-Dimensional Systems
我们使用分子动力学模拟在两个维度调查的可能性，核心软化的潜力可以重现静态和动态异常实验发现在液态水：（i）在冷却时的比容增加，（ii）在冷却时的等温压缩性增加，和（iii）在扩散系数随压力的增加。我们把这些反常现象与势的形状联系起来。我们得到的系统的相图，并确定两个固相：一个正方形晶体（高密度相），和一个三角形晶体（低密度相）。我们还讨论了所观察到的异常与固体的多晶型之间的关系。最后，我们比较我们的模型系统的相图与实验数据，特别注意的最大密度的温度线，最大扩散常数的压力线，和最小等温压缩性的温度线。
2000-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Free energy of formation of small ice nuclei near the Widom line in simulations of supercooled water
ST 2相互作用势已被用于大量的模拟研究，以探索在过冷水中的液-液相变（LLPT）的可能性。使用伞采样的ST 2水的蒙特卡罗模拟，我们评估的自由能形成的小冰核的过冷液体中的Widom线附近，该区域以上的临界温度的LLPT在那里发生了一些热力学异常。我们的研究结果表明，在这一地区有大量的自由能成本形成的小冰核，表明与Widom线在ST 2水的热力学异常发生在一个定义明确的亚稳液相。通过Widom线，我们确定的自由能的变化，形成小的冰核，说明如何与LLPT相关的热力学异常可能会影响冰成核过程。
2015-01-13 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic anomalies in a lattice model of water: Solvation properties
我们研究了一个水的格子流体模型，定义在一个三维体心立方晶格。模型分子具有四面体对称性，具有四个等效键臂。该模型类似于Roberts和Debenedetti提出的模型[J. Chem. Phys. 105，658（1996）]，通过去除"供体"和"受体"之间的区别而简化。我们专注于溶剂化性质，主要是作为一个理想的惰性（疏水性）溶质而言。正如我们以前的分析，致力于纯净水[J. Chem. Phys. 121，11856（2004）]，我们利用广义一级近似的四面体集群。我们发现，该模型表现出相当连贯的水热力学图片，再现定性观察到的几个异常性质在纯水和疏水溶质的解决方案。就过冷液体水而言，该模型与第二临界点情景是一致的。
2005-04-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A comprehensive scenario of the thermodynamic anomalies of water using the TIP4P/2005 model
水的惊人特性使它有资格被称为“反常”液体。水异常在亚稳（过冷/拉伸）区域被大大放大。这使得完整的实验描述变得困难，因为超过一定的限度，亚稳相必然会转变为稳定相。水异常的理论解释，然后可以根据验证良好的水模型的模拟结果。但对模拟的分析尚未达成共识。特别是，最流行的理论方案之一-涉及液-液临界点（LLCP）的存在-是有争议的几个作者。在这项工作中，我们建议使用一些精确的热力学关系，可以在区域的相图以外的LLCP，从而避免了共存区域相关的问题进行测试。连接到其他水异常的中心属性是沿着等压线的密度达到最大值（TMD线）或最小值（TmD）时的温度轨迹，通过成功的水模型TIP 4P/2005的模拟计算。接下来，我们评估了大负压区域的汽液旋节线。这些曲线的形状和它们与响应函数（等温压缩性和定压热容）极值的关系可能有助于阐明理论建议的有效性。通过这种方式，我们能够第一次提出一个全面的方案的热力学水异常TIP 4P/2005和它们的汽液旋节线的关系。整体图片显示出与ST 2水模型的相应图片的显著相似性，近年来已经证明了LLCP的存在。它还提供了一个提示，长期寻求极值的响应函数可能成为实验。
2016-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Two-State Thermodynamics and the Possibility of a Liquid-Liquid Phase Transition in Supercooled TIP4P/2005 Water
水在过冷液体状态下表现出有趣的热力学和动力学异常。这些异常的起源的一个可能的解释在于在两种（高密度和低密度）形式的水之间存在亚稳的液-液相变（LLPT）。虽然在对散装水和承压水的实验中以及通过类水模型的计算机模拟研究观察到了异常，但水中LLPT的存在仍有争议。大量过冷水中存在LLPT的非生物实验证据受到快速冰成核的阻碍，这是假设的LLPT的前体。此外，假设的LLPT是亚稳态的，原则上不能存在于热力学极限（无限大小，无限时间）。因此，水模型的计算机模拟对于探索亚稳态LLPT的可能性和异常的性质至关重要。在这项工作中，我们提出了新的模拟结果，在NVT系综的最准确的经典分子模型之一的水，TIP 4P/2005。为了描述计算的性质并探索LLPT的可能性，我们应用了双结构热力学，将水视为两种可相互转换的局部结构（“状态”）的非理想混合物。结果表明，存在一个液-液临界点和LLPT在这个模型中的模拟长度和时间尺度。我们比较了TIP 4P/2005与其他流行的类水模型，即mW和ST 2，并与真正的水，所有这些都是很好地描述了两态热力学的行为。鉴于目前的争论涉及不同的研究TIP 4P/2005，我们讨论的亚稳性和有限的尺寸在观察液-液分离的后果。我们还解决了双结构热力学的唯象序参量和低密度结构的微观性质之间的关系。
2016-03-15 cond-mat.stat-mech
Anomalies in H2O-D2O mixtures: Evidence for the Two-Fluid Structure of Water
最近的探测H2O-D2 O混合物的各种手段（中子深度非弹性散射，拉曼吸收，电H+/D+电导率）揭示了一个意想不到的相关物理量的同位素组成的混合物的依赖。我们表明，这些观察可以找到他们的物理原理的方法的背景下，考虑到不可忽略的相互作用的分子与电磁场的液体水的物理，从一个双流体的水的微观图片自然出现。
1998-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech quant-ph
Fluctuating micro-heterogeneity in water - tert-butyl alcohol mixtures and lambda-type divergence of the mean cluster size with phase transition-like multiple anomalies
水-叔丁醇（TBA）二元混合物表现出大量的热力学和动力学异常。这些异常现象是在令人惊讶的低TBA摩尔分数下观察到的，使用$x_{\text{TBA}} \approx 0.03 - 0.07$。我们在这里证明，异常的起源在于由于TBA分子的自聚集而发生的局部结构变化。我们观察到TBA分子在$x_{\text{TBA}} \approx 0.05$处的逾渗转变。我们注意到，“岛”的TBA集群形成甚至低于这个摩尔分数，而一个大的跨越集群出现以上的摩尔分数。在这个渗流阈值，我们观察到的最大的TBA集群的大小的波动，让人想起一个临界点的一个EQUIDDA型的分歧。此外，水的结构也受到TBA分子聚集的干扰，尽管很弱。水的四面体序参量呈单调减小的趋势，而偶极矩关联呈现弱的非线性。有趣的是，水分子本身在较高的TBA浓度下表现出反向渗滤转变，$x_{\text{TBA}} \approx 0.45$，其中大的跨越水簇现在分裂成小簇。这是伴随着最大的水集群的大小波动的显着分歧。这第二次转变引起了周围的另一组异常现象。这两种逾渗转变都可以看作是Janus效应在小分子水平上的表现。
2014-02-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Effect of dissolved salt on the anomalies of water at negative pressure
在环境压力下向水中加入盐会影响其热力学性质。在低盐浓度下，密度极大值等异常现象向低温移动，而在足够大的盐浓度下，它们不再被观察到。在这里，我们调查盐的影响，最近在纯水中观察到的异常在负压：沿等厚线的声速最小值的存在。我们比较实验和模拟的氯化钠水溶液的摩尔浓度约$1.2\,\mathrm{mol\,kg^{-1}}$，达到压力超过$-100\,\mathrm{MPa}$。我们还讨论了声速极小值的来源，并强调了声速温度和密度异常的相对位置的重要性。
2020-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Which mechanism underlies the water-like anomalies in core-softened potentials?
利用分子动力学模拟研究了粒子与由排斥肩组成的连续和离散核软化（CS）分子间势相互作用的热力学.通过仿真分析了其动力学特性和结构特性。我们表明，在连续版本的CS势的密度在恒定压力下有一个最大值为一定的温度。类似地，在恒定温度下的扩散常数$D$在密度$ρ_{\mathrm{max}}$处具有最大值，在密度$ρ_{\mathrm{min}}<ρ_{\mathrm{max}}$处具有最小值，并且结构性质也是异常的。对于离散CS电位，没有观察到这些异常。异常的情况下，在离散的情况下，它的存在下，在连续CS潜在的过剩熵的框架进行了讨论。
2007-09-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Minimal microscopic model for liquid polyamorphism and water-like anomalies
本文提出一个最小微观模型，通过允许二元晶格模型中两组分相互转化为单组分流体，揭示了液-液相变与热力学反常等相行为，为过冷水及多晶型液体提供了统一理论框架。
2021-09-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
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
Phase diagram and water-like anomalies in core-softened shoulder-dumbbells system
利用分子动力学，我们研究了各向异性对相边界的作用和对250个二聚体粒子在核软化势作用下的反常行为的影响。这项研究使我们得到了一个意想不到的结果：引入一个相当小的各向异性，量化每个二聚体内部的颗粒之间的距离，导致异常的压力-温度相图中的区域的大小增加时，各向同性单体的情况相比。然而，当各向异性增加超过阈值时，异常区域收缩。我们发现，这种行为可以通过解耦的平移和非平移动能组件到不同的平移和非平移温度来理解。
2013-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hexatic phase and water-like anomalies in a two-dimensional fluid of particles with a weakly softened core
我们研究了二维流体中粒子通过球对称和轻微软二体排斥相互作用。该模型可以存在于三种不同的晶相中，其中一种具有正方形对称性，另两种具有三角形对称性。我们表明，虽然三角形固体第一次融化成六角流体，正方形固体加热时直接转化为各向同性流体通过一阶过渡，没有中间的四次相。在低压下，三角形和正方形晶体的熔化在温度不太低的情况下是可重入的，但在一定压力范围内不需要两个竞争的最近邻距离。整个光谱的水状流体异常完成了这个模型的潜力。
2012-09-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
An Equation of State For The TIP4P/2005 Model of Water Including Negative Pressures
理解冷水，特别是过冷水的异常现象的最有前途的框架之一是双结构热力学，其中水被视为两种可相互转换的局部结构的非理想混合物。这种混合物的非理想性可能在非常低的温度下引起液-液相变（LLPT）和液-液临界点（LLCP），在该点处热力学响应函数发散。基于这一概念的各种版本的“双结构状态方程”（TSEOS）显示出与真实水中的实验数据和模拟结果的显着一致性。然而，最近在负压下探测过冷水的实验揭示了正压状态方程外推的不足，并开始进一步阐明过冷水异常的来源。我们分析了TIP 4P/2005模型在从环境温度到深过冷的大范围正压和负压下的模拟结果。我们发现，通过显式地将一个液-气旋节线到一个双结构的状态方程，我们能够匹配的模拟数据在TIP 4P/2005惊人的准确性。特别是，我们的状态方程再现了所观察到的线的密度，等温压缩性，和等压热容的最小值和最大值。相反的情况下，追溯的旋节线占水的热力学异常，我们发现，在这个模型中的液体-蒸汽旋节线继续单调降低压力，温度降低，影响，但不会引起密度最大值和其他热力学异常的轨迹。我们用两种现象解释了TIP 4P/2005的行为：两种局部结构之间的竞争和单调的液-汽旋节线。
2016-11-11 cond-mat.stat-mech
Two-dimensional lattice-fluid model with water-like anomalies
我们研究了一个定义在二维三角形格子上的格子流体模型，目的是定性地再现水的一些反常性质。模型分子是“奔驰”型的，即，它们具有D3（等边三角形）对称性，具有三个键臂。键的形成取决于取向和局部密度。我们工作的相图，响应函数和稳定性限制的液相，利用广义一阶近似的三角形集群，其准确性进行了验证，在某些情况下，通过蒙特卡罗模拟。相图显示一个有序的（固体）相，其密度小于液体相。在固定压力下，液相响应函数显示出在液态水中观察到的典型反常行为，而在过冷区，观察到一个重入的旋节。
2004-06-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nature of the anomalies in the supercooled liquid state of the mW model of water
水的mW模型的过冷液体态的热力学性质表现出反常行为。与真实的水一样，热容量和压缩性在过冷时急剧增加。这些异常的可能解释之一，存在第二个（液体-液体）临界点，不支持这个模型的模拟。在这项工作中，我们再现了异常的mW模型与两个热力学方案：一个基于非理想的“混合物”与两种不同类型的当地秩序的水分子，和一个基于弱结晶理论。我们表明，这两种描述准确地再现模型的基本热力学性质。然而，弱结晶理论所隐含的幂律所需的耦合常数相对于规则背景太大，与弱结晶理论的假设相矛盾。波动校正范围以外的这项工作将是必要的，以适应弱结晶理论预测的形式。对于两态方法，在mW模型中的分子的低密度分数的直接计算是符合的唯象状态方程的预测。两种状态的“混合物”的非理想性永远不会变得足够强以引起液-液相分离，这也与模拟结果一致。
2013-04-01 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Two-structure thermodynamics for the TIP4P/2005 model of water covering supercooled and deeply stretched regions
理解冷水和过冷水异常现象的最有希望的框架之一是假设存在两种相互竞争、相互转化的局部结构。如果混合吉布斯能的非理想性克服了这两种结构的理想混合熵，则预测在液-液临界点处终止的液-液相变。基于这一概念的各种版本的“双结构状态方程”（TSEOS）显示出显着的协议与亚稳态，深过冷水的实验数据和分子水模型的模拟。然而，现有的TSEOS没有被设计成描述负压区域，也没有考虑到液态相对于蒸气的稳定性极限。虽然负压下过冷水的实验数据可能会进一步揭示水的异常来源，但这些数据非常有限。为了填补这一空白，我们分析了TIP 4P/2005的模拟结果，这是最准确的经典水模型之一。我们使用了最近发表的模拟数据，并进行了额外的模拟，在很宽的范围内的积极和消极的压力，从环境温度深过冷条件。我们表明，通过明确地将液-气旋节线到TSEOS，我们能够匹配TIP 4P/2005的模拟数据具有显着的准确性。特别是，这个状态方程定量地再现了密度，等温压缩性和等压热容的极值线。相反的解释的热力学异常的水的基础上的“追溯旋节线”，在本TSEOS的液-汽旋节线继续单调地降低压力冷却后，影响，但不会引起密度极值和其他热力学异常。
2017-12-22 cond-mat.stat-mech
Structural Order for One-Scale and Two-Scale Potentials
我们进行分子动力学模拟，以调查结构秩序和水的动态和热力学异常球对称势具有一个或两个特征长度尺度之间的关系。第一个势函数只有一个长度尺度，即没有硬核的斜坡直径，第二个势函数有两个长度尺度：一个是斜坡直径（软核），另一个是硬核直径，比率为1.76。结构有序性由平移和取向序参量表征。只有两个规模的斜坡潜力表现出显着相似的水和二氧化硅的结构顺序，动态异常和热力学异常之间的关系。我们发现：（i）动力学和热力学异常都存在于单尺度和双尺度斜坡势中;（ii）类水结构有序异常只存在于双尺度斜坡势中。我们的研究结果表明，结构秩序和异常之间的水的关系是有关的存在两个不同的长度尺度的潜力。
2006-01-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase Diagram and Thermodynamic and Dynamic Anomalies in a Pure Repulsive Model
使用蒙特卡罗模拟，检查仅具有排斥相互作用的格子气模型是否存在异常。我们表明，该系统表现出的密度（温度的最大密度- TMD）和扩散异常，目前在液态水。这些反常行为存在于化学势-温度相图中存在两种结构相的区域。在TMD线附近还观察到一个由弱到强的动力学转变。
2014-02-04 cond-mat.stat-mech
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
Thermodynamic anomalies in a lattice model of water
我们研究了一个水的格子流体模型，定义在一个三维体心立方晶格。模型分子具有四面体对称性，具有四个等效的键合臂，旨在模拟氢键的形成。该模型类似于Roberts和Debenedetti提出的模型[J. Chem. Phys. 105，658（1996）]，简化之处在于没有对键“供体”和“受体”进行区分。键的形成取决于取向和局部密度。在基态，我们表明，两个不同的有序（冰）相是允许的。在有限温度下，我们只分析均匀相，计算出相图、响应函数、最大密度轨迹的温度和Kauzmann线。我们利用广义一级近似的四面体集团。在液相中，该模型表现出在真实水中观察到的几个异常性质。在低温区（过冷液体），有证据表明，第二个临界点，在一定范围内的参数值，这种情况下是兼容的存在一个重入旋节。
2004-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Water-like anomalies for core-softened models of fluids: One dimension
我们使用一个一维（1d）的核心软化潜力，以发展一个物理图片的一些异常存在于液态水。核心软化电位模拟氢键的作用。对1d系统的兴趣源于这样的事实，即封闭形式的结果是可能的，并且1d中的定性行为在更高维度的液相中重现。讨论了势的形状与密度异常的关系，并研究了密度异常引起的熵异常。我们发现，某些形式的两步方阱势导致在T=0时存在一个在低压下有利的低密度相和一个在高压下有利的高密度相，并导致在正压下出现一个点$C'$，它类似于$1d$伊辛模型中T=0的“临界点”。点$C'$的存在导致等温压缩系数$K_T$和等压比热$C_P$的反常行为。
1999-08-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Two-state thermodynamics of the ST2 model for supercooled water
ST 2模型的热力学性质的过冷液体水表现出类似于在真实的水观察到的异常。这些异常现象的一个可能的解释是存在一个亚稳态的，由临界点终止的液-液转变。这种现象，其可能存在于真实的水是目前许多实验工作的主题，已经明确地证明了这个特定的模型，最新的模拟。在这项工作中，我们再现了两个版本的ST 2模型的状态方程描述水作为一个非理想的“混合物”的两种不同类型的本地分子秩序的异常。我们表明，在ST 2水的液-液转变是能量驱动的。这与另一种流行的模型mW相反，在mW中，两种替代的局部分子顺序的混合的非理想性是熵驱动的，并且不足以强到诱导液-液转变。
2014-02-17 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Influence of disordered porous media in the anomalous properties of a simple water model
分析了受限于基质中的类水体系在几何尺寸增大时的热力学、动力学和结构行为。该液体由二维关联格子气模型模拟，该模型表现出密度和扩散异常，与液态水中存在的异常相似。矩阵是一个三角形格子，其中固定的障碍物对粒子的占据施加限制。我们发现，障碍缩短所有的线，包括相位共存，临界和反常线。一个非常密集的矩阵的包含不仅抑制异常，但也液-液临界点。
2015-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermal Conductivity of Supercooled Water
过冷水的热容量，测量到-37 °C，显示出随着温度降低而异常增加。热扩散系数，即。例如，热导率和单位体积热容的比率显示出降低。这些异常可能与一个假设的液-液临界点在过冷水低于线的均匀成核。然而，虽然导热系数已知在汽液临界点处由于临界密度波动而发散，但过冷水的导热系数（计算为热扩散率和热容的乘积）并未显示出任何异常迹象。我们已经使用模式耦合理论来研究临界涨落对过冷水的热导率的可能影响，并发现在实验可达到的温度下，任何临界热导率的增强确实太小而无法测量。此外，热导率的行为可以解释所观察到的异常的热力学性质。特别是，我们表明，热导率应通过一个最小值，随着温度的降低，库马尔和斯坦利观察到的水的TIP 5 P模型。讨论了水在汽液临界点和液液临界点附近导热系数行为差异的物理原因。
2013-04-05 cond-mat.stat-mech
Revisiting waterlike network-forming lattice models
在之前的一篇论文[J. Chem. Phys. 129，024506（2008）]中，我们研究了最近为了研究水异常而提出的网络形成流体的三维晶格模型。我们的半解析计算，基于群集变分技术，原来几乎定量地再现几个Monte Carlo结果，并使我们能够澄清的相图的结构，包括不同种类的取向有序相。在这里，我们将计算扩展到不同的参数值和其他类似的模型，在文献中已知的。我们观察到，类似的有序相发生在所有这些模型。此外，我们表明，某些“水”热力学异常，声称由以前的研究，确实是文物的同质性假设中的分析处理。我们认为，这样的困难是常见的一类晶格模型的水，并提出了一种可能的方法来克服这个问题。
2009-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Franzese-Stanley Coarse Grained Model for Hydration Water
水模拟是一个具有挑战性的问题。它的异常很难重现，促进了大量计算模型的扩散，研究人员从中选择最适合他们研究的属性。在本章中，我们将介绍一个由Franzese和Stanley（FS）提出的粗粒度模型，该模型考虑了水的多体相互作用。我们审查的平均场计算和蒙特卡罗模拟水单层的压力和温度范围很广，包括极端条件。结果表明，存在两个动态交叉和解释的起源扩散异常。此外，该模型表明，所有不同的情况下，在过去的几十年中提出的替代解释的实验异常的水，可以通过微调的多体（合作）相互作用。一旦从实验中设置了该参数，FS模型预测在过冷水区域中具有不同密度和能量的两种液体之间的相变，结束于液-液临界点。从这个临界点开始，产生了液-液Widom线，即，水相关长度的最大值的轨迹，在FS模型中可以直接计算。结果与实验外推结果一致。此外，他们同意那些从原子模型，但在更广泛的热力学区域的预测，允许更好地解释现有的实验数据。所有这些研究结果提供了一个连贯的图片的水的属性，并确认FS模型的有效性，已被证明是有用的大规模模拟生物系统。
2020-04-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disconnected Glass-Glass Transitions and Diffusion Anomalies in a Model with two Repulsive Length Scales
模式耦合理论计算的基础上，我们报告了一个新的情况下，在一个纯粹的排斥球势的多个玻璃化转变：方肩。液态玻璃化转变线表现出冷却熔化和压缩熔化以及相关的扩散异常，类似于在水中观察到的。从所有以前研究的模型，这里为小肩宽的玻璃-玻璃线被发现是断开的液相。在增加肩部宽度时，这样的玻璃-玻璃线与液体-玻璃转变线合并，具有两个不同的端点奇点，这引起动力学中的对数衰减。这些发现可以解释分析不同的排斥长度尺度的相互作用。
2009-10-19 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic constraints and pseudotransition behavior in a one-dimensional water-like system
Federal University of Lavras（拉夫拉斯联邦大学）
本文研究了一维类水模型中热力学约束与伪相变行为，揭示了不同系综下相变特征的差异及统计约束对临界行为的影响。
2025-10-16 cond-mat.stat-mech
Understanding the Unusual Properties of Water
水通常与生命的存在有关。然而，没有明确的理由说明为什么水应该是生命形成和生存的唯一液体。自从L. 1913年，科学家们试图回答关于水的不寻常性质与生命存在之间关系的问题。在这里，我们沿着这条具有挑战性的道路迈出了第一步，试图理解（i）水的不寻常之处;（ii）为什么水有异常;（iii）这些不寻常属性的全部含义是什么;以及（iv）这些异常是否是水的独有属性。通过确定一些有趣的线索，然后通过制定一个工作假设，然后通过测试，我们发现了令人惊讶的结果，即水的某些性质，如密度的异常行为，对微观相互作用的微小变化非常敏感，而其他性质，如存在一个以上的晶体或具有不同局部结构的两种液体之间可能的相变，不仅在水中，而且在其他液体中也是如此。由于局部液体结构的变化可能与生物过程有关，因此具有这种性质的广泛类别的液体的可能性可能有助于理解水是否是生命所必需的。
2006-03-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Metastable liquid-liquid coexistence and density anomalies in a core-softened fluid
线性倾斜或“斜坡”势属于一类核心软化模型，除了通常的液-气临界点外，还具有液-液临界点。此外，它们在密度和压缩性方面表现出热力学异常，其性质可能类似于水中发生的那些。以前的斜坡电位模拟研究集中在一个功能的形式，LLCP是化学稳定的。在这项工作中，我们构建了一系列的斜坡电位，这之间的插值先前研究的形式和基于斜坡的近似Lennard-Jones（LJ）的潜力。通过蒙特卡罗模拟，我们确定了低密度液体（LLCP）、一阶高密度液体（HDL）-低密度液体（LDL）共存线和密度极大值线的位置。我们观察到，作为LJ极限接近，LLCP成为亚稳态相对于冷冻成六方密堆积的结晶固体。在这个政权的相行为的定性性质显示出显着的相似之处，在精确的水模型的模拟研究。具体而言，液相的密度超过固体的密度;亚稳态LDL-HDL线的梯度在压力（p）-温度（T）平面中为负;而在p-T平面中密度最大值的线具有与在水中看到的形状类似的形状，并且很好地延伸到相图的{ \em稳定}液体区域中。因此，我们的研究结果有助于重量的“第二个临界点”的假设作为一种解释的异常行为的水。
2006-01-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Integral equation study of soft-repulsive dimeric fluids
利用积分方程理论研究了二聚体粒子通过纯排斥核软化势相互作用系统的流体结构和类水反常现象。在我们的模型中，二聚体相互作用通过一个排斥对势的反幂形式与软化的排斥强度。采用Ornstein-Zernike方法和参考相互作用位点模型（RISM）理论，研究了二聚体从单体构型（λ = 0）到正切构型（λ = 1）伸长λ逐渐增大时的类水反常行为.对于每个值的伸长率，我们考虑两个不同的值的相互作用的潜力，对应于一个和两个长度尺度，目的是提供一个全面的描述可能的流体的情况下，该模型。我们的理论结果与已有的或新生成的Monte Carlo数据进行了系统的比较：我们发现，理论和模拟一致提供了一个流体的图像，表现出密度和结构异常的低λ值和两个值的相互作用势。积分方程理论给出了准确的预测压力和径向分布函数，而温度发生异常被低估。在增加伸长率时，RISM理论仍然预测存在异常;后者在模拟中不再观察到，因为它们的发展可能被结晶的开始所阻止。我们讨论了我们的结果的可靠性积分方程理论在预测存在的水样异常的核心软化流体。
2016-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Representability problems for coarse-grained water potentials
有效分子间势的使用通常涉及更精确、复杂的函数形式和更易处理的简单表示之间的折衷。为了详细研究这种选择，我们系统地推导出粗粒度的各向同性对势，该势精确地再现了TIP 4P-Ew水模型在密度范围为0.88-1.30g/cc和温度范围为235 K-310 K的状态点处的氧-氧径向分布函数。虽然通过构造这些有效势正确地代表了TIP 4P-Ew水的等温压缩性，但它们不能准确地解决其他热力学性质，例如维里压力、内能或热力学异常。因为在一个给定的状态点的对电位，再现对结构是唯一的，因此，我们已经明确表明，它是不可能同时表示的对结构和几个关键的平衡水的热力学性质与状态点依赖的径向对称对电位。我们认为，这种代表性的问题是相关的，但不同的，更广泛地承认的可转移性问题，并详细讨论了这对水和其他液体的建模的影响，粗粒度的潜力。然而，不管热力学的不一致性，状态点相关的有效电位水不产生结构和动力学异常。
2007-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Phase behavior of metastable water from large-scale simulations of a quantitative accurate model: The liquid-liquid critical point
本研究采用FS水模型与先进数值技术，通过大规模模拟证实三维伊辛普适类液-液相临界点的存在，揭示氢键协同性对水反常特性的关键作用，为相关领域提供新见解。
2024-05-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nanoscale Dynamics of Phase Flipping in Water near its Hypothesized Liquid-Liquid Critical Point
对水的许多热力学和动力学异常现象的理解是物理学、化学和生物学中最重要的未解决的难题之一。一种假设的解释设想存在一条一级相变线，该线将两个液相分离并终止于低温（$T \approx 250 \rm{K}$）和高压（$P \approx 200 \rm{MPa}$）区域中的新的“液-液”临界点。在这里，我们分析了一个常见的水模型，ST 2模型，发现整个系统在高密度和低密度的液态之间翻转。此外，我们发现，在临界区域微晶熔化的时间尺度为纳秒。我们进行了有限尺寸标度分析，准确地定位液-液共存线和其相关的液-液临界点。
2012-05-30 cond-mat.stat-mech
Effects of nanopore and fluid structure on anomalies and phase transitions of confined core-softened fluids
我们使用分子动力学模拟来研究纳米孔和流体结构如何影响受限异常流体的动力学、热力学和结构性质。流体建模使用的ST 4原子模型的水的有效对电位。该系统具有密度，结构和动力学异常和汽-液和液-液临界点类似于散装水中观察到的量。限制是由光滑和结构化的墙壁。对于光滑约束和结构约束，约束流体的极值密度和扩散温度向较低的值移动，而压力向较高的量移动。在光滑壁的情况下，当纳米孔尺寸增加时，流体相和非晶相之间的临界点和极限显示温度和压力的非单调变化。在结构化壁的情况下，临界点的压力和温度随多孔尺寸单调变化。我们的结果解释的基础上的不同长度尺度的流体和壁面流体相互作用之间的竞争。
2015-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nanoparticle Confinement in Anomalous Liquids
我们使用分子动力学研究了纳米限制结构对具有水状异常和液-液相变（LLPT）的液体的影响。我们发现，如果约束是在一个有序的纳米粒子（NP）矩阵的异常被保存，虽然LLPT转移到较低的温度，较高的压力和较高的密度相对于散装。相反，如果NP矩阵是无序的，我们发现一个截然不同的相图：LLPT只发生在一个减少的密度间隔和异常被冲洗掉。为了理解这种效应，我们在微观水平上计算系统的变化。在这里考虑的所有不同的约束，我们观察到一个显着增加的密度附近的限制纳米粒子的液体。在无序的情况下，禁闭诱导更大的局部密度的异质性，负责的LLPT的减弱和异常的消失。
2012-07-16 cond-mat.stat-mech
Static and Dynamic Anomalies in a Repulsive Spherical Ramp Liquid: Theory and Simulation
我们比较静态和动态特性的粒子相互作用通过球对称的排斥斜坡势模型的理论和模拟结果。该模型显示的异常类似于在液态水中发现的，即，冷却时膨胀和压缩时扩散系数的增加。特别是，我们从模拟计算的相图，并成功地将其与使用Rogers-Young（RY）封闭的Ornstein-Zernike方程得到的相图进行比较。理论和数值计算都证实了等压密度最大值线和压缩性最小值和最大值线的存在。发现了液-液临界点的间接证据，动力学性质也显示出异常。沿着恒温路径，随着密度的增加，动力学在减速和加速之间交替几次，我们将这种行为与液体的渐进结构化和解构联系起来。最后，我们证实，模式耦合理论成功地预测了非单调行为的动力学和多个玻璃相的存在下，提供了强有力的证据，结构（模式耦合理论的唯一输入）控制动力学。
2004-11-10 cond-mat.stat-mech
Mixture-like behavior near a liquid-liquid phase transition in simulations of supercooled water
在模拟的水一样的模型（ST 2），表现出液-液相变，我们测试的热力学区域中的液体可以模拟为一个双组分混合物的发生。我们根据与其第五近邻的距离将每个分子分配给两个物种中的一个，并在很宽的温度和密度范围内评估每个物种的浓度。在液-液临界温度和最大密度温度之间的区域中，我们的浓度数据与混合模型预测结果比较好。模型与该区域中的数据的拟合产生临界点位置的准确估计。我们还表明，密度异常区域外的液体是一个简单的混合物建模较差。
2011-02-25 cond-mat.stat-mech
Statistical mechanical theory of liquid water
Stony Brook University（石溪大学）；Laufer Center for Physical and Quantitative Biology, Stony Brook University（石溪大学劳弗物理与定量生物学中心）
本文提出Cage Water统计物理模型，通过三种键合状态（范德华、成对氢键和多体协同笼状氢键）解释水的热物理异常，包括液-液过冷转变。
2025-05-10 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Waterlike density anomaly in fermions
本研究以一维扩展Hubbard模型为流体系统模拟不同密度液相，探究费米子的类水密度反常，发现其源于两种相互作用长度尺度，在宽参数范围内存在且与基态液-液临界点相关。
2023-09-21 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
A discrete model of water with two distinct glassy phases
我们调查的极小模型的非结晶水，定义在一个Husimi晶格。晶格的特殊无规-规则性质是为了解释无规4配位氢键网络的形成。该模型与在液态水和过冷液态水中观察到的大多数热力学异常是一致的。此外，该模型表现出两个不同密度的玻璃相，这可以共存于一级转变。发病的一个复杂的自由能景观，其特点是指数大量的亚稳态极小值，指出了腔的方法，在1步复本对称性破缺的水平。
2010-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic and Dynamic Anomalies for Dumbbell Molecules Interacting with a Repulsive Ramp-Like Potential
采用碰撞驱动离散分子动力学（DMD）方法，研究了由500个哑铃分子组成的系统在一个由等大小的$n$台阶组成的纯排斥斜坡型离散势作用下的热力学和动力学行为.我们比较了这两个系统的行为，$n = 18$和$n = 144$步骤。每个系统都表现出热力学和动力学异常，密度最大值和平移和旋转迁移率显示异常行为。从非常稠密的系统开始并降低密度，两种迁移率首先增加，达到最大值，然后减少，达到最小值，最后增加;这种行为类似于SPC/E水的行为。在压力-温度平面中的平移和旋转的流动性异常的区域强烈地依赖于$n$。与大多数液体的行为相反，平移扩散系数和取向相关时间的乘积随温度而增加。
2006-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Density anomaly in a minimum model of water-alcohol mixtures
我们研究了当少量溶质加入到混合物中时，类水溶剂的最大密度温度（TMD）的变化。水被建模为一个两个长度尺度的潜力，这是已知的表现出类似水的特征异常，而溶质被选择有吸引力的相互作用与溶剂。当溶质为结构生成剂时，TMD随溶质的加入而增大;当溶质为结构破坏剂时，TMD随溶质的加入而减小。无论是在一个确切的一维模型，并使用分子动力学在三维，我们表明，必要的成分，以代表结构制造商是一个强大的溶质-溶剂的吸引力。
2022-09-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic and structural anomalies of the Gaussian-core model in one dimension
研究了一维经典粒子系统的平衡性质，系统通过高斯型有界排斥势相互作用。尽管没有一个适当的流体-固体相变，我们发现，该系统表现出一个复杂的行为，“异常”的密度和热力学响应功能，密切回顾那些观察到的散装和封闭的液态水。我们还讨论了出现在一个不寻常的结构制度的压缩下的冷流体，其特征在于密度相关性让人想起在集群晶体中发现的有序安排。
2012-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydration of an apolar solute in a two-dimensional waterlike lattice fluid
在以前的工作中，我们研究了一个二维格子流体模型，显示出一些水的热力学异常。该模型，定义在一个三角形晶格，现在扩展到非极性物种的水溶液。水分子是“奔驰”型的，即，它们具有D3（等边三角形）对称性，具有三个等价的键臂。键的形成取决于取向和局部密度。惰性分子的插入显示疏水水合的典型特征：大的正转移自由能、大的负转移熵（在低温下）、转移焓和熵的强温度依赖性，即，大（正）传递热容量。模型的性质是由一个广义的一阶近似三角形集群。
2005-01-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Local number fluctuations in ordered and disordered phases of water across temperatures: Higher-order moments and degrees of tetrahedrality
本文利用局域密度涨落平台研究水在不同温度和四面体性程度下的高阶矩，发现偏度和超额峰度随四面体性标度并呈现非单调温度依赖性，揭示了水结构、动力学与热力学异常之间的新联系。
2024-05-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic, Dynamic and Structural Anomalies for Shoulder-like potentials
利用分子动力学模拟，我们研究了一个家庭的连续核心软化潜力组成的硬核，在最近的距离和一个有吸引力的井在更远的距离的肩膀。排斥肩和井距离代表两个长度尺度。我们表明，如果第一个规模，肩，是排斥性的或有一个小的井，潜在的压力-温度相图中的密度，扩散和结构异常的区域。然而，如果最接近的尺度变成深吸引阱，则压力-温度相图中存在三个异常的区域收缩并消失。这一结果使我们能够预测的形状的核心软化势，如果异常会或不会存在。
2009-06-24 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Core-softened water-alcohol mixtures: the solute-size effects
在最近的一项工作中[ \textit{J. Mol. Liq}，2020，\textbf{320}，114420]，使用分子动力学模拟和核心软化势方法，我们已经表明，添加简单的溶质甲醇可以“杀死”密度异常行为，因为LLCP被LLPT附近六方密堆积（HCP）晶体中的自发结晶所抑制。现在，我们扩展这项工作，以实现如何长链醇将影响水-醇混合物在过冷制度的复杂行为。除了核心软化（CS）的甲醇，乙醇和1-丙醇被添加到一个系统的相同的颗粒，通过连续肩井（CSW）的潜力相互作用。我们观察到，密度异常逐渐减少其在相图中的延伸，直到消失的增长的非极性链和醇的浓度，不同的液-液相变（和LLCP），这仍然存在于所有分析的混合物中，根据\textit{Nature}，2001年，\textbf{409}，692。对于我们的模型，较长的非极性链和较高的浓度逐渐影响CS势中尺度之间的竞争，导致异常逐渐消失，直到当第一配位壳结构也受到影响时观察到TMD完全消失：短程排序是有利的，导致短程和长程排序之间的竞争较小，因此，异常点的灭绝此外，非极性链的尺寸和浓度对固相有影响，有利于六方密堆积（HCP）固体和非晶态固体相而不是体心立方（BCC）晶体。
2021-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic and dynamic anomalies for a three dimensional isotropic core-softened potential
利用分子动力学模拟和积分方程（Rogers-Young，Percus-Yevick和超网链闭包）研究了粒子与连续核软化分子间势相互作用的热力学.通过仿真分析了系统的动态特性。我们表明，对于选定的形状的潜力，密度，在恒定的压力，有一个最大值为一定的温度。在压力-温度相图中确定了最大密度温度（TMD）线。类似地，在恒定温度下的扩散常数$D$在密度$ρ_{max}$处具有最大值，在密度$ρ_{min}<ρ_{max}$处具有最小值。在压力-温度相图中，扩散系数极值线位于TMD线之外。虽然在这种情况下，粒子间电位缺乏方向性，但这与SPC/E水中观察到的行为相同。
2005-11-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion anomaly and dynamic transitions in the Bell-Lavis water model
本文研究了最小Bell-Lavis（BL）水模型的动力学性质及其与热力学反常的关系。Bell-Lavis模型定义在三角形晶格上，其中水分子由具有通过范德华力和氢键相互作用的三个对称键臂的粒子表示。我们通过蒙特卡罗模拟研究了相图不同区域的模型扩散率。我们的结果表明，该模型显示了一个区域的反常扩散，这是在该区域内的反常密度，由最大密度温度线（TMD）所包围。此外，我们还发现，扩散率经历了一个动态的转变，可以归类为脆弱的强转变，在临界线，只有在低压。在较高的密度下，在穿过临界线时没有看到动态转变。因此，从这项研究的证据是，动态过渡到临界的关系可能会被丢弃。
2010-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropy, diffusivity and the energy landscape of a water-like fluid
对具有核软化对相互作用和类水液态异常的流体进行了分子动力学模拟和瞬时简正模（INM）分析，以了解热力学、输运性质和势能面之间的关系。罗森标度的热力学过剩和对相关熵的扩散系数证明了这个模型。的INM光谱进行信息的长度尺度之间的相互作用的异常流体的特性，如双峰的频率分布的实部和虚部的分支之间的动态后果。INM光谱信息用于将液体熵划分为与实频率模式和虚频率模式相关联的两个贡献;仅来自虚分支的熵贡献捕获流体的异常状态中的过量熵和扩散率的非单调行为。
2010-02-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
