Control of Metastable States by Heat Flux in the Hamiltonian Potts Model
本文通过二维哈密顿 Potts 模型的数值分析，发现热流会使有序与无序态界面的温度偏离平衡转变温度，从而稳定亚稳态，并用扩展热力学公式描述了该偏离。
2023-06-20 cond-mat.stat-mech
Theoretical Analysis of the Structure, Thermodynamics, and Shear Elasticity of Deeply Metastable Hard Sphere Fluids
本研究结合高精度微观平衡液态积分方程理论与朴素模耦合理论，统一研究深亚稳态硬球流体的结构、热力学与剪切弹性，预测出多种新行为并发现多物理量间的关联，为相关体系的慢动力学与力学响应研究提供参考。
2024-08-20 cond-mat.soft 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
Stochastic dynamics and thermodynamics around a metastable state based on the linear Dean-Kawasaki equation
迪恩-川崎方程形成了随机密度泛函理论（DFT）的基础。在这里，它表明，迪恩-川崎方程可以直接线性化的驱动力的第一近似由于自由能功能$F[ρ] $的瞬时密度分布$ρ$，当我们考虑小的密度波动周围的亚稳态的密度分布$ρ^*$是由固定方程$δF[ρ]/δρ|_{ρ=ρ^*}=μ$与$μ$表示的化学势。我们关于线性Dean-Kawasaki方程的主要结果有三个方面。首先，（i）相应的随机热力学已经制定，表明耗散到水库的热量是可以忽略不计的平均。接下来，（ii）我们已经开发了一个场论处理结合平衡DFT，给出了近似形式的$F[ρ]$，这是有关的平衡自由能泛函。（iii）线性Dean-Kawasaki方程，它被简化为直接关联函数的形式，使我们能够比较亚稳态和平衡态的随机动力学，特别是在Percus-Yevick硬球流体中;我们发现，在排斥态下，亚稳态密度较大，而亚稳态的有效扩散常数小于平衡态的有效扩散常数流体.
2018-12-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
Machine Learning the Metastable Phase Diagram of Materials
相图是材料合成的宝贵工具，并提供任何给定热力学条件下材料相的信息。传统的相图生成涉及实验，以提供物理上可接近的相的初始估计，然后使用现象学模型在可用的实验数据点之间进行内插，并外推到不可接近的区域。这种方法，结合第一性原理计算和数据挖掘技术，导致详尽的热力学数据库，尽管在不同的热力学平衡。相比之下，材料在其合成、操作或加工期间可能不会达到其热力学平衡态，而是保持被捕获在局部自由能最小值中，这可能表现出期望的性质。绘制这些亚稳相及其热力学行为是非常可取的，但目前缺乏。在这里，我们介绍了一个自动化的工作流程，它将第一原理物理和原子模拟与机器学习（ML）和高性能计算相结合，以快速探索给定元素组成的亚稳相。使用具有代表性的材料碳，其中具有大量不具有平衡母体的亚稳态，我们展示了数百个从接近平衡到远离平衡的亚稳态的自动映射。此外，我们将自由能的计算到一个基于神经网络的学习的状态方程，允许建设的亚稳相图。高温高压实验，使用金刚石对顶砧细胞在石墨样品加上高分辨率透射电子显微镜被用来验证我们的亚稳相的预测。我们介绍的方法是通用的，广泛适用于单组分和多组分系统。
2021-11-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium thermodynamic process with hysteresis and metastable states -- A contact Hamiltonian with unstable and stable segments of a Legendre submanifold
本文在接触流形上描述了自旋统计热力学系统相变的动力学过程，这个动力学过程是从亚稳态平衡态演化到最稳定的对称破缺平衡态的过程。假设对称破缺相或有序相的亚稳和最稳定的平衡态可以用接触流形的勒让德子流形的修剪投影来描述，这些修剪投影表示滞后和伪自由能曲线.与相变相关的奇异性在这个框架中自然产生，正如勒让德奇异性理论所建议的那样。然后提出了一个特殊的切触Hamilton向量场，使得投影Legendre子流形的一个修剪段是切触流形的一个区域中的稳定不动点集，而另一个修剪段是不稳定不动点集.该接触哈密顿向量场被识别为从亚稳态平衡态到最稳定平衡态的动力学过程。为了明确地说明以上的陈述，我们着重讨论了具有长程相互作用的Ising型自旋模型，即Husimi-Temperley模型，其中该模型表现出相变。
2022-06-12 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Exactly solvable model of inergodic spin glass
本文研究了一种平均场模型，其哈密顿量是无限程铁磁相互作用和随机反铁磁相互作用的总和。结果表明，该模型在外加磁场中发生相变，转变为具有多个亚稳态的无规自旋玻璃相。研究了T=0和相变附近的亚稳态的热力学性质。建立了自旋玻璃相慢非平衡过程的特征（磁滞回线形式、热剩磁和等温剩磁、场冷和零场冷热力学量）与亚稳态热力学参数之间的关系。
1999-10-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
A simple solvable energy landscape model that shows a thermodynamic phase transition and a glass transition
当液体熔体冷却时，取决于冷却速率，可以获得玻璃或相变。然而，这种行为在能源景观模型中并没有被清楚地捕捉到。这里提供了一个模型，其中两个关键成分被认为是基于景观，亚稳态和它们的多重性。亚稳态被认为是在两个层次的系统模型。然而，它们的多重性和拓扑结构允许在热力学极限下发生相变，同时获得向玻璃的转变以快速冷却。通过求解相应的主方程，获得了生产玻璃所需的最小冷却速度作为亚稳态和稳态分布的函数。这允许理解冷却趋势，由于在硫属玻璃的刚性考虑。
2012-03-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the determination of phase boundaries via thermodynamic integration across coexistence regions
专业的蒙特卡罗方法，现在通常采用，结合热力学积分（TI），定位经典的多粒子系统的相边界。这对于流体-固体转变特别有用，其中临界点不存在，并且两相都可能非常亚稳。使用Lennard-Jones模型进行演示，我们在此调查的替代可能性，跟踪合理准确的过渡线直接集成的压力状态方程计算的正则系综模拟与本地移动。当不知道稳定的晶体结构时，求助于这种方法将成为必要。我们表明，而违反直觉，亚稳态问题可以减轻减少（而不是增加）系统的大小。特别地，可以仅通过TI精确地预测液-气共存的位置。相反，TI在固-液区域严重失效，在该区域，通过跟踪先前从亚稳液体的衰变中出现的有缺陷固体的膨胀直到熔化，可以对共存压力进行更好的评估（精确度在10%以内）。
2015-09-08 cond-mat.stat-mech
General Mechanism for a Positive Temperature Entropy Crisis in Stationary Metastable States: Thermodynamic Necessity and Confirmation by Exact calculations
我们研究固定亚稳态（SMS）使用限制的配分函数形式主义。该形式确保SMS自由能一直存在到T = 0，并且保持稳定。我们引入了现实条件的概念，根据这一概念，一组耦合自由度的熵$S(T)$必须是非负的。熵危机不影响系统的稳定性，它被认为是对现实条件的违背。我们严格识别和验证，使用一般的热力学参数，下面的一般热力学机制背后的熵危机SMS。任何SMS的自由能$F_{\text{dis}}(T)$必须等于在两个不同温度$T=0,$和$T=T_{\text{eq}}>0$下的T = 0晶体自由能$E_{0}$。因此，稳定性要求$F_{\text{dis}}(T)$在中间但严格正的温度$T_{\text{K}},$下具有最大值，其中能量为$E=E_{\text{K}}.$。低于$T_{\text{K}}$的SMS分支给出熵危机，并且必须用恒定能量$E_{\text{K}},$和零熵的理想玻璃自由能手动替换。因此，$T_{\text{K}}>0$表示考茨曼温度。在绝对零度下，理想玻璃能$E_{\text{K}}$高于晶体能$E_{0}$，这与实际玻璃在T = 0时的外推能高于其T = 0晶体能的实验事实相一致。我们证实了两个精确的计算，其中之一是不平均场的一般预测。计算清楚地表明，SMS的概念不仅不是虚的，而且也不是平均场分析的结果。它们还表明，某些民间传说无法得到证实。
2004-04-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Violation of local equilibrium thermodynamics in one-dimensional Hamiltonian-Potts model
School of Environmental Science and Engineering, Kochi University of Technology（高知工科大学环境科学与工程学部）
通过一维分数阶哈密顿-Potts模型研究非平衡一级相变，发现界面温度偏离平衡转变温度，证实局部平衡描述被违反，且界面温度与全局热力学预测一致。
2026-06-12 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of Solitonic Matter Waves in a Toroidal Trap
研究了一个在环形势阱中具有负散射长度的玻色-爱因斯坦凝聚体的热力学性质。通过数值求解耦合的Gross-Pitaevskii方程和Bogoliubov-de Gennes方程，研究了从均匀态到以亮孤子凝聚和局域热云为特征的破缺态的相变.在局域制度的三个国家与一个有限的凝聚分数存在：稳定的本地化状态，亚稳态本地化状态，也是一个亚稳态的均匀状态。值得注意的是，稳定局域态的存在强烈地提高了玻色-爱因斯坦凝聚的临界温度。
2006-09-07 cond-mat.other cond-mat.stat-mech nlin.PS
Tapping Thermodynamics of the One Dimensional Ising Model
我们分析了一个一维伊辛模型的稳态制度下的轻敲动力学最近引入的类比机械扰动颗粒介质的动力学。的想法，稳态政权可以描述由一个平坦的措施超过固定能量的亚稳态的测试通过比较各种稳定状态的时间平均量在广泛的数值模拟与相应的系综平均计算分析与此平坦的措施。两个平均值之间的协议是优秀的，在所有的情况下检查，表明一个静态的方法是能够预测某些可测量的性能的稳态政权。
2001-02-12 cond-mat.stat-mech
Positive Kauzmann Temperature: A Thermodynamic Proof and Confirmation by Exact calculations
假设存在固定的亚稳态（SMS的），并使用一般的热力学参数，我们证明了一个积极的Kauzmann温度存在SMS的理想的玻璃能量高于晶体能量在绝对零度。我们证实了两个精确的计算，其中之一是不平均场的一般预测。
2003-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Measuring glass entropies with population annealing
我们结合人口退火蒙特卡罗和几个热力学积分技术来测量平衡振动和构型熵的亚稳流体制度超越动态玻璃化转变。我们得到了一个三维二元混合硬球系统的结果。我们的结果表明，构型熵消失之前的平衡压力发散，这意味着一个潜在的热力学玻璃化转变存在的系统。计算方法是通用的，可以应用于各种玻璃成形系统，但限于小系统尺寸。
2021-04-06 cond-mat.stat-mech
Metastable and stable equilibrium states of stellar electron-nuclear plasmas
通过最小化自由能量密度，我们证明了一个氢燃烧恒星的恒星核心是不是在一个整体的热力学平衡，除非密度，温度，质量和成分假设给定的值。核心（作为太阳的内部）可以更恰当地被看作是一种具有很长寿命的亚稳态。稍微非广延的分布函数可能是弱非理想等离子体（如恒星核心）的自然分布，并且比麦克斯韦分布更适合于这个系统，而不会影响恒星的整体性质。
2005-01-21 astro-ph cond-mat.stat-mech hep-ph
Stationary Metastability in an Exact Non-Mean Field Calculation for a Model without Long-Range Interactions
我们引入了在另一个更稳定的状态的存在下的定态亚稳态（SMS）的概念。固定的性质，使我们能够研究SMS的使用限制配分函数形式主义主张彭罗斯和Lebowitz，并需要继续自由能。该形式确保SMS自由能在包括T=0的任何地方都满足热力学稳定性的要求，但不需要在连续熵变为负值的范围内表示物理上可观察到的亚稳态。本文考虑了一个只涉及最近邻相互作用的一维m分量轴自旋模型，并精确求解了该模型。该模型的高温膨胀代表了一个聚合物问题，其中m作为环形成的活性。我们将deGennes和trerat m作为实变量。当m<1时，模型中发生热力学相变.高温无序相自由能在相变点以下的解析延拓表示亚稳态的自由能。计算结果表明，SMS的概念并不是仅仅由平均场分析得出的必然结果，也不需要长程相互作用。
2004-12-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermodynamics, formation dynamics and structural correlations in the bulk amorphous phase of the phase-field crystal model
本文利用PFC模型模拟非晶固体，揭示其自由能的历史依赖性、液体—非晶一级转变及噪声诱导的多步成核路径。
2022-09-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamic and thermodynamic crossover scenarios in the Kob-Andersen mixture: Insights from multi-CPU and multi-GPU simulations
玻璃形成液体的物理行为呈现出动力学和热力学性质的复杂特征。一些研究表明存在热力学异常和动力学性质的交叉，但其起源和普遍性程度难以评估。此外，传统的模拟几乎无法覆盖这些交叉通常发生的温度范围。为了解决这些问题，我们模拟的Kob-Andersen Lennard-Jones混合使用高效的协议的基础上多CPU和多GPU并行回火。我们的设置使我们能够探测的热力学和动力学的液体平衡远低于临界温度的模式耦合理论，$T_{\rm MCT} = 0.435$。我们发现，低于$T=0.4$的分析是阻碍了部分结晶的亚稳液体，成核扩展区域的大颗粒排列在一个面心立方结构。通过过滤掉晶体样品，我们揭示了比热以规则的方式增长到$T=0.38$。可能的热力学异常建议以前的研究，因此只能发生在该系统是高度亚稳的相图的区域。使用从平行回火模拟得到的平衡构型，我们进行分子动力学和蒙特卡罗模拟探测平衡动力学下降到$T=0.4$。弛豫时间和扩散数据的温度导数分析使我们能够评估$T_{\rm MCT}$周围的不同动态场景。动态交叉的提示来自于对四点动态敏感性的分析。最后，我们讨论了未来可能的数值策略，以澄清玻璃形成液体中的交叉现象的性质。
2018-06-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Thermodynamics with thermodynamic variable first-passage time. I. From stochastic trajectories to nonlinear transport equations
Institute for Nuclear Research, pr. Nauki, 47 Kiev, Ukraine（乌克兰基辅核物理研究所）
探讨外部非平衡热力学等相结合的理论基础，通过纳入亚稳态随机寿命，将首次通过时间视为宏观坐标，给出微观依据与广义热力学势，推导记忆核结构，进行方法比较分析。
2026-07-28 cond-mat.stat-mech physics.data-an
Simulation of Equilibrated States via Molecular Monte Carlo Method of Systems Connected to 3 Reservoirs
大分子和胶体体系中的亚稳结构是非平衡态，其通常具有长的寿命并且导致模拟平衡的困难。为了从长寿命的亚稳态逃逸，我们提出了一种新设计的方法，分子蒙特卡罗模拟系统连接到3个水库：化学势$μ$，压力$P$，和温度$T$。根据Gibbs-Duhem方程针对热力学平衡条件调整这些储层中的一个储层，使得该调整的第三储层不会对相和状态产生不利影响。额外的自由度，即系统体积$V$和颗粒数量$N$，减少了非平衡态的动力学障碍并促进快速平衡。我们表明，全球各向异性的无缺陷的有序结构，如字符串状胶体组装，通过我们的方法获得。
2011-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Exact solution for core-collapsed isothermal star clusters
从热力学的观点研究了等温球中的星团。提出了新的密度分布，描述了在低温下的崩溃阶段。在过渡时形成了一组双星，携带了13%的引力能，同时也产生了巨大的潜热。双星的总能量由热力学决定。在正则系综中，所有比热都是正的，而前面讨论过的负比热解是亚稳态的。在微正则系综中，后者仍然部分占主导地位。
1999-08-17 astro-ph cond-mat.stat-mech
General Theory of Statistical Fluctuations with Applications to Metastable states, Nernst Points, and Compressible Multi-component Mixtures
一般的波动理论进行审查，特别注意不同的合奏所发挥的作用，并扩展到包括固定的亚稳态在很长的时间限制。一个量的涨落取决于系综的性质，最多包含n个不同的涨落贡献，其中是系综中涨落广泛量的数量。我们证明了四个一般定理和推论的统计波动适用于任何热力学系统。我们还证明了两个例子，理论的结果仍然有效，无论波动的大小。为了避免某些物理悖论，人们假设像理想玻璃那样的稳态亚稳态在自然界中不存在。我们还证明了一个广义能斯特定理有效的能斯特点，在一定的敏感性，如热容消失。这个定理不再局限于绝对温度。我们计算的统计波动的单体和其他物理量的数量感兴趣的可压缩混合物。我们证明了密度和组成的波动一般不是统计独立的，这是相反的一些最近的索赔。在恒定单体数下的标准等温压缩率并不代表所有系综的密度波动。我们指出，除了在绝对零度外，在恒定组成下的密度涨落是一个无意义的概念。我们证明了多组分体系中加权单体数涨落与体积涨落之间的关系，这是一个著名的单组分体系类似关系的推广。
2003-08-21 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
Metastable liquid-liquid phase transition in a single-component system with only one crystal phase and no density anomaly
我们研究了三维单组分系统的相行为，该系统具有球对称，成对添加剂，软核相互作用，在长距离处具有吸引力，在中间距离处具有排斥性软核肩部，在短距离处具有硬核排斥力，类似于用于描述液体系统（如胶体，蛋白质溶液或液体金属）的电势。我们表明[Nature { \bf 409}，692（2001）]，即使没有密度异常的证据，相图也具有两个一级流体-流体相变，一个在气体-低密度液体（LDL）临界点结束，另一个在气体-高密度液体（HDL）临界点结束，在低温下具有LDL-HDL相变。在这里，我们使用积分方程计算，探索软核势的3-参数空间，我们进行分子动力学模拟在有趣的参数区域。对于平衡相图，我们分析了晶相的结构，发现在所考虑的密度范围内，结构与密度无关。然后，我们详细地分析了流体亚稳相，并通过显式热力学计算在过冷相，我们显示的密度异常的情况下。我们认为，这种缺乏是有关的存在下，只有一个稳定的晶体结构。
2002-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the objective origin of the phase transitions and metastability in many-particle systems
平衡统计力学旨在将粒子的微观动力学与宏观量的热力学定律联系起来。然而，现代统计理论面临着重大的困难，适用于广泛的热力学范围内，包括相变点附近的真实凝聚介质的宏观性质的描述。一个特殊的问题是，在吉布斯统计力学的有限数量的粒子组成的系统的亚稳态的情况下。然而，如果考虑到分子的微观性质与相应介质的宏观状态之间的相互关联（反馈），则凝聚介质的平衡态统计力学与热力学之间是一致的。这可以通过使用所考虑的多粒子系统的“增强的”Hamilton算子来完成，其中包含一些温度依赖项，以及下面引入微观态上的广义平衡分布。为了说明所提出的方法的合理性（及其在实际应用中的可用性），熔化/结晶和亚稳过冷液体的类水介质的细胞模型。
2016-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Making Sense of Gravitational Thermodynamics
本文为引力热力学提供新概念基础，主张自引力系统在相关尺度上以亚稳态准平衡形式适用平衡态统计力学，并发展了一个基于粗粒化量的极小热力学框架。
2025-02-03 astro-ph.GA cond-mat.stat-mech gr-qc
