Segregation of polymers under cylindrical confinement: Effects of polymer topology and crowding
本文用Monte Carlo计算机模拟方法研究了两种聚合物在圆柱形约束下的分凝行为。使用多重直方图方法，测量聚合物的构象自由能F作为质量中心分离距离λ的函数。我们研究了自由能函数的缩放与聚合物的长度，长度和直径的限制圆柱体，聚合物的拓扑结构（即线性与环状聚合物），和移动拥挤剂的包装分数和大小。在没有拥挤的情况下，观察到的F（λ）的标度与使用de~Gennes blob模型和近似的简单模型预测的相似，该模型采用管中重叠链的自由能等于每个在半横截面积的管中的两个孤立链的自由能。模拟被用来测试后一种近似，并显示，它产生差的定量预测。这与一般的有限尺寸效应一起，可能导致F（λ）的标度指数的预测值和测量值之间的差异。对于在拥挤剂存在下的偏析，自由能垒通常随着拥挤填充分数的增加而降低，从而降低了驱动偏析的熵力。然而，对于固定的包装分数，障碍增加的拥挤/单体尺寸比降低。
2018-05-23 cond-mat.soft
Inherent Structure Landscape of Hard Spheres Confined to Narrow Cylindrical Channels
固有的结构景观系统的硬球局限于一个硬的圆柱形通道，使球体只能接触他们的第一个和第二个邻居，研究使用的分析模型，扩展以前的结果[物理学评论快报。115，025702（2015）]，以提供在一定范围的填料密度上的堵塞填料的全面图片。在该模型中，填料被描述为$k$螺旋部分的排列，由缺陷分离，具有交替的螺旋扭曲方向，并且所有球体满足局部干扰约束。每个螺旋部分的结构由单个螺旋扭转角确定，并且通过使每个颗粒的通道长度相对于$k$螺旋部分角最小化来获得堵塞填料。一个小系统的$N=20$领域的分析表明，盆地的固有结构景观与这些螺旋排列分裂成许多不同的堵塞状态，分离的低障碍，产生一定程度的层次组织。该模型准确地预测使用Lubachevsky和Stillinger压缩方案（$N=10^4$）产生的填料的几何性质，并提供洞察螺旋段长度的概率分布的性质。
2021-08-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kinetic Frustration Effects on Dense Two-Dimensional Packings of Convex Particles and Their Structural Characteristics
硬颗粒堆积的研究在物理学、化学、细胞生物学和离散几何学中具有重要意义。以前关于硬颗粒填料的许多工作都是关于它们可能的排列。相比之下，我们研究动力学效应不可避免地存在于数值和实验包装协议。具体来说，我们确定如何改变压缩/剪切速率的二维包装的非圆形颗粒导致它偏离其denominable可能的配置，这总是周期性的。自适应收缩细胞（ASC）优化方案最大化的硬颗粒填料的包装分数，首先应用随机平移和旋转的颗粒，然后各向同性压缩和剪切的模拟箱反复，直到可能堵塞的状态达到。我们使用随机实施的ASC优化方案，通过改变压缩/剪切之间的粒子移动的数量来模拟不同的有效时间尺度。我们生成了致密的、有效堵塞的、单分散的、钝角不等边三角形、菱形、弯曲三角形、透镜和“冰淇淋锥”（嫁接到等腰三角形上的一个椭圆形）形状的颗粒的二维填充，具有广泛的填充分数和有序度。为了量化这些动力学效应，我们引入了动力学挫折指数$K$，它测量了填料与其最大可能填料分数的偏差。为了研究动力学如何影响这些包装中的短程和长程有序，我们计算了它们的光谱密度并表征了它们的接触网络。我们发现，动力学效应是最显着的粒子时，有较大的非球面性，曲率较小，旋转对称性较低。这项工作可能是相关的实验室包装协议的设计。
2021-03-10 cond-mat.soft
Structural properties of dense hard sphere packings
研究了全同硬球（HS）密堆的结构性质。键序参量方法被用来获得详细的信息，在$ϕ=0.53$和$ϕ=0.72$之间的范围内的不同的包装分数$ϕ$的系统的局部结构特性。基于旋转不变量$w_6$上球形分布的累积性质，提出了一个新的序参量来表征随机堆积HS体系的结晶行为。它示出，在结晶HS系统的填充分数的增加，首先导致在转化的个别的结晶集群到全球的三维晶体结构，其中，进一步致密化后，转化成由不同的晶格类型形成的交替的平面层。
2011-01-28 cond-mat.soft
Structural properties of dense hard spheres near random close packing
我们数值研究了硬球（HS）的机械稳定包装的结构特性，在很宽的包装分数$0.53 \le ϕ\le 0.72$。详细的结构信息是从取向序参量，这清楚地揭示了无序有序相变的随机紧密堆积（RCP）密度，$ϕ_{\rm c} \simeq 0.64$的分析。在$ϕ_{\rm c}$之上，晶核形成3D样簇，其在进一步脱浆时转变成交替的平面样层。我们还发现，二十面体对称的粒子只在RCP转变附近的一个狭窄的密度范围内生存。
2014-07-29 cond-mat.soft
Influence of particle size polydispersity on dynamical heterogeneities in dense particle packings
该研究通过共聚焦显微镜实验和分子动力学模拟，发现增加颗粒尺寸分布宽度可流化阻塞的颗粒悬浮液，揭示了尺寸多分散性对致密颗粒堆积动力学非均匀性的影响，对相关工业加工有重要意义。
2024-09-10 cond-mat.soft
Dense Packing of Tetrahedra in Cylinders
University of Michigan（密歇根大学）；Aberystwyth University（阿伯里斯特威斯大学）
本研究首次系统研究圆柱体内四面体的密堆积，通过数值模拟与解析理论结合，将最密构型分为手性螺旋与非手性二聚体链，并揭示Boerdijk-Coxeter螺旋源于圆柱约束，且在临界直径处存在对称性破缺分岔。
2026-09-23 cond-mat.soft
Complexity in surfaces of densest packings for families of polyhedra
硬多面体的包装已经研究了几个世纪，由于其数学美学和最近的应用领域，如纳米科学，颗粒和胶体物质，和生物学。在所有这些领域中，颗粒形状对结构和性质都很重要，特别是在拥挤时。在这里，我们探索包装作为形状的函数。通过结合模拟和分析计算，我们研究了三个2-参数的硬多面体的家庭，并报告了一个广泛的和系统的分析超过55，000凸形的denchant包装。这三个家族具有三角形群的对称性（二十面体，八面体，四面体），并在各种对称固体（柏拉图，阿基米德，加泰罗尼亚）之间插值。我们发现，最佳（最大）包装密度表面，揭示意想不到的丰富性和复杂性，包含多达130个不同的结构在一个家庭。我们的研究结果表明，在包装的上下文中，形状不是作为一个对象的静态属性，而是作为一个更高维度的形状空间中的一个点，其在该空间中的邻居可能具有相同或明显不同的包装。最后，我们提出并解释我们的包装结果在一个一致的和普遍适用的方式，提出了一种方法来区分区域的包装和分类类型之间的过渡。
2013-09-10 cond-mat.soft
Exceptionally Dense and Resilient Polydisperse Disk Packings
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；University of Illinois, Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究多分散盘堆叠在jamming过渡中的结构和能量特性，提出新算法构建过饱和状态，发现高临界堆叠分数状态能承受显著剪切应变。
2024-02-17 cond-mat.soft
Golden, Quasicrystalline, Chiral Packings of Tetrahedra
自古以来，凸形的包装一直是许多科学家和数学家的极大兴趣。近年来，人们对三维四面体的填充问题特别感兴趣。晶体和半准晶的致密堆积都有报道。有趣的是，半准晶堆积的四面体可以自然地出现在热力学模拟方法。然而，这种堆积不是完美的准晶，并且堆积密度虽然致密，但不是最大的。在这里，我们认为，一个“黄金旋转”之间的四面体面结可以安排成一个完美的准晶包装。
2019-01-07 cond-mat.soft
Dense packings of hard circular arcs
本文研究了二维欧氏空间中全等硬无穷细圆弧的稠密填充问题。它侧重于那些可表示为主要的，其对向角$θ\in \left ( π, 2π\right ]$。与那些可表示为其对向角$θ\in \left [0, π\right]$的小圆弧不同，具有$θ\in \left ( π, 2π\right ]$的两个硬的无限细圆弧不可能任意地接近，一旦它们被布置在一种配置中，例如在彼此的顶部上，可无限地复制而不引入任何重叠。这使得这些硬凹颗粒，尽管是无限薄，最密集的包装有限的数量密度。这就提出了一个问题，即什么是这些密度填充，以及它们达到的数量密度是多少。在Monte Carlo数值模拟的支持下，本文的工作表明，可以解析地构造由硬主圆弧组成的紧致闭圆群，其中特定的、与$θ$相关的、数量的硬主圆弧（逆时针）相互交错.这些紧凑的封闭的圆形群，然后安排在一个三角形网格。这些解析构造的最密已知的包装相比，相应的结果的Monte Carlo数值模拟，以评估它们是否可以自发地出现。
2020-09-15 cond-mat.soft
Densest versus jammed packings of bent-core trimers
我们使用一种新的方法确定了具有固定键角的切球三聚体（$θ= θ_0$）的最大稠密堆积，并将其与它们在准静态和动态非热压缩下形成的无序堵塞状态进行了对比。具有3D紧密堆积的$θ_0$的不可分解性本身不会抑制致密3D晶体的形成;所有$θ_0$都允许与$ϕ_{max}(θ_0) > 0.97ϕ_{cp}$形成晶体。三聚体总是能够排列成由密排的双层或三层三角形晶格平面组成的周期性结构，由适应不相容性的“间隙层”隔开。所有体系的$ϕ_J$均显著低于单体值，表明三聚体的淬灭键长和键角约束总是起到促进堵塞的作用。$ϕ_J$随$θ_0$的变化很大;直链（$θ_0 = 0$）三聚体使$ϕ_J$最小化，而封闭（$θ_0 = 120^\circ$）三聚体使其最大化。具有较低$ϕ_J(θ_0)$的三聚体的边缘堵塞状态表现出可量化的更大的无序性，而小$θ_0$的较低$ϕ_J$显然是由三聚体在接近线性时降低的有效构型自由度引起的。
2019-06-28 cond-mat.soft
Geometry-mediated shear softening in dense ordered granular packings
Princeton University（普林斯顿大学）；EPFL（洛桑联邦理工学院）
通过有限元模拟，发现嵌入颗粒的孔隙几何可诱导弹性各向异性和剪切软化，使堆积表观剪切模量降低高达90%，且与接触力各向异性减小相关，为设计软颗粒超材料提供机制。
2026-06-27 cond-mat.soft
Dense Packings of the Platonic and Archimedean Solids
致密堆积已成为研究液体、玻璃态和晶体态物质、颗粒介质、非均质材料和生物系统结构的有用模型。探索离散填充的对称性和其他数学性质是离散几何和数论中一个长期感兴趣的问题。以前的工作主要集中在球形颗粒，而对致密多面体填料知之甚少。我们制定了一个自适应的基本细胞周期性边界条件的多面体内产生密集包装的问题作为一个优化问题，我们称之为自适应收缩细胞（ASC）计划。这个新的优化问题在这里解决（使用各种多粒子初始配置），以找到在三维欧氏空间中的每个柏拉图固体的稠密包装。我们找到了密度分别为$0.782...$，$0.947...$，$0.904...$，和$0.836...$的四面体，八面体，十二面体和二十面体的密集的已知填充.不同于denitrifetrahedral packing，这必须是一个非布拉维格包装，denitrifetrahedral packing的其他非平铺柏拉图固体，我们得到的denitrifetrahedral packing是他们以前已知的最佳（布拉维）格包装。我们的模拟结果，严格的上限，我们推导出，和理论论证导致我们强烈的猜想，即中心对称的柏拉图和阿基米德固体的dennial包装给出了相应的dennial晶格包装。这是开普勒对这些固体的球面猜想的类比。
2009-08-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Modes of wall induced granular crystallisation in vibrational packing
颗粒结晶是颗粒物质在振动作用下形成有序堆积结构的重要现象。然而，与原子尺度上成熟的结晶原理相比，颗粒物质中的结晶仍然相对知之甚少。为了进一步研究这种行为，并桥接颗粒物质和材料科学领域，我们模拟了限制在圆柱形容器中的单分散球体，以研究它们在振动过程中的结构动力学。通过施加适当的振动，诱导无序到有序的转变。通过键取向序参量在颗粒尺度上表征这种转变。其结果是，紧急结晶是由个别粒子的局部秩序和有序粒子的数量的增强。观察到的非均质结晶的特点是通过粗粒化的顺序指数的空间分布的演变。结晶制度外延生长的模板附近形成的容器壁在振动过程中，这里称为壁效应。通过改变圆柱形容器的几何尺寸，发现所获得的结晶结构在圆柱形壁区域和平面底壁区域处不同。再次使用这些序参量将形成的堆积结构与X射线断层扫描结果进行定量比较。这里的研究结果提供了一个微观的角度来发展的规律，在颗粒物质的结构动力学。
2018-05-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Numerical Study of the Stress Response of Two-Dimensional Dense Granular Packings
为了区分颗粒材料中应力传递的不同理论，我们研究了颗粒二维密集随机堆积的格林函数。我们的计算机模拟允许一个详细的定量调查的动态，这是很难获得实验。我们发现，双曲线和抛物线模型的应力传输未能预测正确的应力分布在研究区域的参数空间。我们表明，压缩和剪切分量的应力比较很好的预测的各向同性弹性的压力和孔隙度范围很广，摩擦和无摩擦填料。然而，本研究中使用的状态不包括摩擦颗粒的临界均衡点，因此我们的结果并不排除这样一个事实，即弹性修正可能出现在堵塞的临界点，或其他样品制备方案，如正文中所讨论的。我们表明，该协议持有在大部分的包装，以及在边界，我们验证的线性依赖的应力分布宽度与深度。
2006-08-03 cond-mat.soft
Dense periodic packings of tori
三维欧氏空间中非重叠物体的密集堆积是物理和生物科学中出现的各种多粒子系统结构的有用模型。本文研究亏格为1的多连通非凸体--全等环环面，以及喇叭环面和纺锤环面的填充行为。我们分析性地构造了一族由最初为简单连接的固体设计的组织原则指导的非链接环面的密集周期性填充[Torquato和Jiao，PRE 86，011102（2012）]。我们发现，喇叭环面，以及某些主轴和环环面可以实现一个包装密度高于denny-known包装的球体和椭球体。此外，我们还研究了对连环环面簇的稠密填充（即，Hopf链接）。
2014-02-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Dense Packing of Regular Tetrahedra
我们构造了一个规则四面体的密集堆积，堆积密度为$D > >.7786157$。
2009-08-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Exact Constructions of a Family of Dense Periodic Packings of Tetrahedra
正四面体（五种柏拉图立体之一）的密排包装的确定正引起人们的极大关注，包装记录被打破的速度之快和出现的迷人的包装结构证明了这一点。在这里，我们提供了最一般的分析配方，以构建致密的周期性包装的四面体与四个基本细胞的粒子。这种分析的结果在六个参数的家庭密集四面体包装，包括作为特殊情况下，最近发现的“二聚体”包装的四面体，包括已知的密度为$ϕ= 4000/4671 = 0.856347...$的密集包装。这项研究强烈地表明，后一组包装是所有包装与四粒子的基础。在所有的填充中，它们是否是四面体的密集填充是一个悬而未决的问题，但我们对这个问题给出了一些评论。此外，我们描述了一个程序，提供估计的最大密度的四面体包装，这可能有助于评估候选密集包装的包装效率的上限。
2010-04-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Absence of solid phase in dense amorphous active granular matter
School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院）
研究发现，在高密度非晶活性颗粒物质中，即使颗粒排列密度高于晶体排列密度，混合不同大小颗粒可防止结晶，从而保持流体相。
2026-04-16 cond-mat.soft
Maximally dense packings of two-dimensional convex and concave noncircular particles
硬粒子的密堆积在许多领域有重要的应用，包括凝聚态物理、离散几何和细胞生物学。在本文中，我们采用随机搜索实现的Torquato-Jiao自适应收缩细胞优化方案[自然460，876（2009）]，以找到最大密度粒子包装在d维欧氏空间$\mathbb{R}^d$。虽然原来的实现是为了研究领域和凸多面体在$d\ge3$，我们的实现侧重于$d=2$和扩展算法，包括凹多边形和某些凸或凹非多边形粒子形状。我们验证了这个包装协议的鲁棒性，成功地复制已知的假定的最佳包装的全等副本的正五边形和八角形，然后用它来建议密集的包装安排的全等副本的某些家庭的凹十字架，凸和凹弯曲的三角形（包括形状类似的梅赛德斯-奔驰标志），和“月亮般”的形状。随后确定分析结构，以获得这些颗粒形状的明确已知的填充。对于所考虑的例子，我们发现，具有中心对称性的凸和凹粒子的密度填充是通过其相应的最佳Bravais晶格填充来实现的;对于缺乏中心对称性的粒子，所获得的密度填充是非晶格周期填充，这与最近提出的硬粒子的一般组织原则是一致的。此外，我们发现，某些弯曲三角形的dennial已知的包装是周期性的四粒子的基础上，我们发现，dennial已知的周期包装的某些月亮状的形状不具有固有的对称性。我们的工作增加了越来越多的证据表明，颗粒形状可以作为一个调整参数，以实现包装结构的多样性。
2014-05-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Competition between Glassy Five-Fold Structures and Locally Dense Packing Structures Governs Two-Stage Compaction of Granular Hexapods
本研究利用X射线断层扫描实验发现，3D打印六足体颗粒的敲击压实呈现两阶段机制：初期由颗粒互锁形成局部力学稳定结构，后期则形成五重对称的密集多面体聚集体，表现出类硬球系统的玻璃态无序构型，揭示了无序颗粒材料的普适组织原则。
2025-11-02 cond-mat.soft
Analytical Construction of A Dense Packing of Truncated Tetrahedra
密多面体堆积是各种凝聚态物质和生物系统的有用模型，几个世纪以来一直吸引着科学家和数学家。近年来，人们提出了与多面体堆积有关的结构类型的组织原则。然而，找到特定形状的最大密集包装仍然是不平凡的，是一个深入研究的课题。在这里，我们解析地构造了已知的具有$ϕ=207/208=0.995~192...$的截头四面体的稠密填充，这是惊人地接近于单位，并强烈暗示这种填充是最大稠密的。这种构造基于缺乏中心对称的多面体的广义组织原理。此外，我们发现，在这个假定的最佳包装的孔是小的正四面体，导致一个新的平铺空间的正四面体和截断四面体。我们还数值研究了平衡熔化性能的什么显然是致密包装的截断四面体作为系统进行减压。我们的模拟揭示了两种不同的稳定的晶体相，一个在高密度和其他在中等密度，以及一级液晶相变。
2011-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Analytical Constructions of a Family of Dense Tetrahedron Packings and the Role of Symmetry
正四面体（五种柏拉图立体之一）的密排包装的确定正引起人们的极大关注，包装记录被打破的速度之快和出现的迷人的包装结构证明了这一点。我们发现了密度为$ϕ= {12250/14319} = 0.855506...$的正四面体的密度已知填充.这些包装是特殊情况下的分析两个参数的家庭密集的周期性包装与四个基本细胞，我们已经在这里构建。从这个族，我们可以恢复一组最近的包装安排，由于Kallus { \it et al.} [arXiv：0910.5226]与密度$ϕ={100/117}=0.854700...$，这比我们的密堆积具有更高的对称性，我们还描述了一个程序，可以导致严格的上限的四面体堆积的最大密度，这可以帮助评估候选密堆积的堆积效率。
2010-01-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Phase diagram and structural diversity of the densest binary sphere packings
在历史上，双球堆积是很难确定的。在α-x平面中，球半径比α和相对浓度x的唯一严格已知的填充是在开普勒极限α = 1处，其中填充是单分散的。利用Torquato-Jiao球填充算法的一个实现[S. Torquato和Y. Jiao，Phys.Rev.E82，061302（2010）]中，我们提出了迄今为止对于离散二元球填充的（alpha，x）中的相图的最全面的确定。出乎意料的是，我们发现了许多不同的新的密排填料。
2011-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.atm-clus
Searching for structural predictors of plasticity in dense active packings
在受到剪切或热激励的非晶态固体中，已经开发出了所谓的结构指示器，用于预测未来塑性或颗粒重排的位置。一个悬而未决的问题是类似的工具是否可以用于致密的活性材料，但一个挑战是，在大多数情况下，活性系统不具有明确的固体参考配置。我们开发了一个计算模型，吸引到一个感兴趣的点，这并不允许一个机械稳定的参考状态的无限持久运动的限制密集的活动人群。以前对类似系统的研究表明，群体的集体运动可以通过对时间平均的两粒子关联函数矩阵求逆来预测。寻求第一性原理的理解，这一结果，我们表明，这个活性物质系统直接映射到一个颗粒包装在外部潜在的存在下，并扩展现有的结构指标的基础上线性响应预测塑性存在的噪声动力学。我们发现，强大的压力梯度所必需的定向活动，以及自生的自由边界，强烈影响系统的线性响应。在低压区域，基于线性响应的指示器是预测性的，但在我们的活性填料的高压内部，它不能很好地工作。我们的研究结果激励和通知未来的工作，可以更好地制定强压力梯度系统的结构动力学预测。
2022-01-28 cond-mat.soft
Formation of cylindrical shells via sphere packing from fluidized beds
Faculdade de Engenharia Mecânica, UNICAMP-Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学机械工程学院）；Laboratoire PIMM, CNRS, Arts et Métiers Institute of Technology, Cnam（国立工艺学院PIMM实验室）；Faculty of Physics, University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学物理系）
研究流化床中球体在垂直圆柱管道中的自发沉降，分析颗粒排列形成圆柱壳的稳定性及影响因素。
2026-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A method for dense packing discovery
尽可能密集地填充粒子系统的问题是离散几何领域的基础，也是材料和生物科学中的一个强大模型。随着填充问题从解析构造的解决方案范围内撤退，进行\textit{de novo}（从头开始）搜索密集填充的有效数值方法的重要性变得至关重要。在本文中，我们使用\textit{divide and concur}框架，发展了一个通用的搜索法的周期约束问题的解决方案，我们把它应用到发现密集周期包装。该方法的一个重要特点是将晶胞参数与组态空间定义中的其他填充变量相结合。我们提出的方法导致了[arXiv：0910.5226]中报道的最密集的已知四面体堆积的改进。在这里，我们使用的方法来重现dennies已知的晶格球包装和最知名的晶格接吻安排分别在14和11维（第一个这样的数字证据，他们的最优性，在这些方面）。对于非球形粒子，我们报告了一个新的密度为$ϕ=128/219\approx0.5845$的规则四维单形的稠密堆积，并具有与已知的四面体堆积类似的结构。
2010-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Energetically favoured defects in dense packings of particles on spherical surfaces
相互作用的粒子在球体上的密集堆积已被证明是病毒衣壳和胶体体的有用模型。事实上，在病毒衣壳中观察到的二十面体对称性对应于发生幻数的势能最小值，例如，12、32和72个相同的Lennard-Jones颗粒，对于这些颗粒，填充具有正好最小数量的12个五重缺陷。然而，目前还不清楚这些结构对热搅动的稳定性如何。我们调查这个属性通过盆地跳跃的全球优化和朗之万动力学粒子数在10和100之间。一个重要的测量是点缺陷的数量和类型，即没有六个最近邻居的粒子。我们发现，小的二十面体结构是最强大的对热波动，表现出较少的过剩缺陷和重排的一个很宽的温度范围。此外，我们提供的证据表明，在低的非零温度下出现的多余的缺陷降低的熵为代价的势能。在较高的温度下，缺陷，如预期的那样，热激发，从而熵稳定。如果我们用一个非常短程的（Morse）势来代替Lennard-Jones势，我们会发现，同样的粒子数会给出势能的最小值，尽管对于更大的粒子数，这些最小值对应于不同的堆积。此外，缺陷是更难以激发热的短程电位，这表明短程相互作用进一步稳定平衡结构。
2017-02-28 cond-mat.soft
Dense packing crystal structures of physical tetrahedra
我们提出了一种方法，发现一般凸硬颗粒的密集包装，并将其应用于研究的一个参数家庭的颗粒与四面体对称表示变形的理想的数学四面体到一个不太理想的，物理的，四面体和所有的方式到球的密集包装行为。因此，我们也连接两个研究得很好的问题，球包装和四面体包装在一个单一的轴。我们的数值计算结果揭示了丰富的最优包装行为，相比，以前研究的其他连续家庭的粒子。我们提出了四种结构作为候选人的最佳包装在不同的参数值，提供了一个图集的晶体结构，可以观察到的四面体对称的纳米粒子系统。
2010-11-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Dense crystalline dimer packings of regular tetrahedra
给出了密度为φ = 4000/4671 = 0.856347的正四面体的密度已知的堆积.与最近发现的Kallus等人[arXiv：0910.5226]和Torquato-Jiao [arXiv：0912.4210]的堆积一样，我们的堆积是结晶的，具有形成两个三角形双金字塔的四个四面体的晶胞（二聚体簇）。我们表明，我们的包装有最大的密度在一个三参数家庭的二聚体包装。从随机配置开始的数值压缩表明，至少对于具有多达16个四面体和周期性边界的小细胞，填充可能是最佳的。
2010-07-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Efficient algorithms for the dense packing of congruent circles inside a square
我们研究密集包装的大量全等非重叠的圆圈内的一个正方形，通过寻找配置，最大化的包装密度，定义为由磁盘和面积的平方容器所占的面积之间的比率。这些配置的搜索进行的帮助下，我们已经设计了两个算法：第一个算法是负责获得足够密集的配置从一个随机猜测开始，而第二个算法改善了在第一阶段获得的配置。这些算法可以顺序地或独立地使用。这些算法的性能进行了评估，进行数值试验的配置与大量的圆。
2022-05-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Novel dense crystalline packings of ellipsoids
椭球体是最简单的非球形，它被广泛地用作分子、胶体和颗粒体系的细长结构单元的模型。然而，与许多凝聚态系统的高密度相密切相关的全等硬椭球的密排仍然是一个悬而未决的问题。我们发现了一种新的包含24个颗粒的椭球体的致密晶体堆积，具有准正方形-三角形（SQ-TR）平铺排列，其堆积密度ε超过了SM 2晶体的纵横比α（1.365，1.5625），在α = 93/64时达到最大ε约0.75806。我们证明了SQ-TR相在上述α范围内的高密度下是稳定的，并报道了一种新的自对偶椭球相图。SQ-TR晶体的发现为非球形粒子和胶体体系的自组装提供了新的组织原理。
2016-08-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dense periodic packings of tetrahedra with small repeating units
我们提出了一个单参数家庭的定期包装的正四面体，包装分数$100/117\approx0.8547$，这是简单的意义上说，他们是传递和他们的重复单元只涉及四个四面体。填料的建设的灵感来自于一个数值搜索的结果，产生了类似的包装。我们提出了一个分析结构的包装和描述其性质。我们还提出了一个传递包装与两个四面体的重复单元和包装分数$\frac{139+40\sqrt{10}}{369}\approx0.7194$。
2010-03-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.MG
Topological Order in Densely Packed Anisotropic Colloids
拓扑序的存在常常与强耦合的量子物质联系在一起。在这里，我们证明了拓扑相的存在，在经典系统的密集，硬，各向异性多面体形状的胶体颗粒。我们发现，以前报道的过渡致密包装导致拓扑有序的热力学相的存在，我们表明是稳定的远离致密包装的限制。我们的工作扩展了已知的拓扑相位库，其实验实现可以为构建在波动存在下具有鲁棒性的等离子体材料提供新的手段。
2019-06-24 cond-mat.soft
Shear viscosity and wall slip behavior of dense suspensions of polydisperse particles
研究了有机硅聚合物与多分散粒子组成的密相悬浮液的剪切粘度和壁面滑移。使用三种类型的具有低纵横比的颗粒来实现0.86的相对高的最大填充分数。如此高的最大填充分数允许制备具有在0.62至0.82范围内的宽范围的固体体积分数的悬浮液。在稳定的扭转和毛细流动的悬浮液的壁滑移速度的特征在于，并确定是完全一致的表观滑移层形成在壁的机制。在壁面滑移修正后，发现在显著高于屈服应力的剪切应力下，悬浮液的相对剪切粘度很好地服从Krieger-Doughnard关系，该关系将致密悬浮液的相对剪切粘度行为仅与固体的体积分数与最大填充分数的比率联系起来。然而，在屈服应力附近的较低剪切应力下，相对剪切粘度成为体积分数与最大填充分数之比和剪切应力的函数。它清楚地表明，没有壁滑移分析的相对剪切粘度的稠密悬浮液的准确表征是不可能的。
2018-06-05 cond-mat.soft
Hard sphere packings within cylinders
直径为$σ$的硬球（HS）在圆柱体中的堆积已被用于模拟实验系统，如纳米管中的富勒烯和胶体线组装。然而，在这种约束下，发现HS的密排填料随着圆柱体直径$D$而变得越来越复杂。因此，对$D>2.873σ$的可实现密度填料知之甚少。在这项工作中，我们扩展到$D=4.00σ$的包装识别通过调整Torquato-Jiao的自适应收缩细胞配方和序列线性规划（SLP）技术。我们确定了17个新的结构，几乎所有的手性。除了$D\approx2.85σ$之外，大多数结构由外壳和内核组成，它们竞争紧密堆积。在某些情况下，壳层采用自己的最大密度结构，并且其中核心球体的堆叠是准周期性的。在其他情况下，观察到两个组件之间的相互作用，这可能会导致简单的周期性结构。在另一些情况下，核和壳之间的区别消失了，导致更奇特的包装几何形状，包括一些是将硬盘包装在一个圆圈中获得的结构的三维扩展。
2015-11-26 cond-mat.soft
Packing Concave Molecules in Crystals and Amorphous Solids: On the Connection between Shape and Local Structure
确定了由两个或三个圆盘重叠而成的各种二维凹面形状的密排晶体填料的结构。每个颗粒对的最大接触数的定义和建议作为一个有用的手段分类颗粒形状。我们表明，密堆积晶体表现出最大的接触每颗粒的数量，但不一定包括最大接触数的颗粒对。相反，通过高温液体的能量最小化产生的非晶结构通常确实包括最大接触对。无定形结构表现出大量的接触每颗粒对应于过度约束的结构。这种过度约束的可能后果进行了讨论。
2019-02-07 cond-mat.soft
Dense random packing with a power-law size distribution: the structure factor, mass-radius relation, and pair distribution function
我们考虑稠密随机填充的磁盘与幂律分布的半径，并研究其相关性质。研究了相应的盘心结构因子、质量半径关系和对分布函数。精确求解了一维（1d）密集段玩具模型。理论上在一维和数值上在一维和二维，这样的包装表现出分形特性。结果表明，幂律分布的指数与分形维数具有较好的一致性。导出了任意维结构因子的近似关系式，可作为小角散射的拟合公式。研究结果可用于理解各种系统，如超高性能混凝土，高内相比乳液或生物系统的微观结构特性。
2023-01-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confined granular packings: structure, stress, and forces
采用大规模离散元分子动力学模拟对圆柱形容器中静态颗粒堆积的结构和应力进行了三维数值模拟。我们通过浇注和沉淀产生填料，并研究最终状态如何取决于施工方法。垂直应力成为深度无关的深桩，我们比较这些应力深度剖面经典的杨森理论。大多数的颗粒壁接触的切向力被发现是接近库仑破坏准则，与杨森的理论一致，而在散装颗粒颗粒接触远离库仑准则。此外，我们表明，一个线性流体静力学的区域在顶部的包装无法解释的杨森理论出现，因为大多数的颗粒壁切向力在这个区域是远离库仑屈服准则。颗粒-颗粒和颗粒-壁接触力的分布$P(f)$在大作用力下呈现指数状衰减，与之前的研究一致。
2003-01-31 cond-mat.soft
Hard convex lens-shaped particles: Characterization of dense disordered packings
在硬凸透镜形颗粒（透镜）族中，纵横比等于2/3的颗粒是“最佳的”，因为这种透镜的最大随机堵塞（MRJ）填充实现了最高的填充分数$ϕ_{\rm MRJ} \simeq 0.73$。该值仅比$ϕ_{\rm DKP} = 0.76210\dots$低几个百分点，$ϕ_{\rm DKP} = 0.76210\dots$是相应的已知密度最大的结晶（简并）堆积的堆积分数。通过利用明显减少的倾向，这样的最佳透镜系统的位置和取向顺序，无序的包装，他们逐步产生的基于蒙特卡罗方法的程序从稀平衡各向同性流体相的致密的非平衡MRJ状态。这使得人们可以密切监测这些填料的（微）结构如何在MRJ状态形成过程中发生变化。计算的许多结构描述符所经历的逐渐变化可以连贯一致地追溯到硬颗粒之间的接触逐渐增加，直到在有效超均匀MRJ状态下达到每个透镜10个接触邻居的均衡平均值。与硬球的MRJ状态相比，这种最佳透镜的MRJ状态更致密（多孔性更小），更无序，并且无振动。这一系列特性使它们成为良好的玻璃形成剂。这一结论可能也适用于具有相应类似纵横比的其他硬凸单轴颗粒，无论它们是扁的还是长的，并且通过使用它们的合适的双轴变体，该组特性可能进一步改善。
2019-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimal Packings of Superballs
致密硬颗粒堆积与物质的低温相结构密切相关，是非均质材料和颗粒介质的有用模型。大多数三维密度填充的研究都考虑了球形，只是最近才考虑非球形（例如，椭圆体）进行了研究。超级球（其形状由|x1| ^2p + |x2| ^2p + |x3| ^2p <= 1定义）提供了具有立方体和八面体状形状的凸颗粒（p >= 0.5）以及具有八面体状形状的凹颗粒（0 < p < 0.5）的通用家族。在本文中，我们给出了所有凸和凹情形下的已知超球填充的解析构造。候选的最大稠密填充是某些布拉维格填充族。作为p的函数的最大堆积密度在球点（p = 1）是非解析的，并且随着p远离1而急剧增加。由破缺的旋转对称性决定的超级球的填充特性类似于但比它们的二维“超级盘”对应物更丰富，并且明显不同于椭球填充。我们的候选最佳超级球包装提供了一个起点，以量化的平衡相行为的超级球系统，这应该加深我们的理解的统计热力学的非球形粒子系统。
2009-02-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cuddling Ellipsoids: Densest local structures of uniaxial ellipsoids
将无序系统的集体行为与粒子尺度上的局部结构联系起来是一个重要的挑战，例如在颗粒和玻璃体系中。在许多科学和工业应用中，粒子是多分散的，非球形的，甚至形状各异。在这里，我们调查的经典接吻问题的推广，以了解非球面颗粒包装的本地积木。我们通过最小化给定粒子周围的集合Voronoi胞体积来数值确定单轴椭球的密度局部结构。根据颗粒的纵横比，不同的局部结构观察和分类的对称性和Voronoi配位数。在扩展无序包装的无摩擦颗粒，知识的densitivity结构允许重新缩放的Voronoi体积分布到单参数家庭的$k$ -伽马分布。此外，我们发现，近似二十面体集团被发现在随机包装，而最佳的局部结构，更多的非球面粒子没有形成。
2016-10-13 cond-mat.soft
Pore-scale Modeling of Viscous Flow and Induced Forces in Dense Sphere Packings
我们提出了一种方法，有效地放大不可压缩粘性流在大型随机多分散球填料：这种方法的重点是对固体颗粒上的流体施加的力的测定。孔隙体和它们的连接被定义为本地通过一个定期Delaunay三角的包装。粘性流方程在孔隙水平上放大，并近似与有限体积的数值方案。我们比较所提出的方法的数值模拟详细的有限元（FEM）模拟的斯托克斯方程的组件的8至200球。一个很好的协议被发现在固体颗粒上施加的力和有效的渗透系数。
2013-05-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effect of confinement on dense packings of rigid frictionless spheres and polyhedra
我们数值研究的固体分数和结构上的三维随机紧密堆积（RCP）颗粒材料受重力约束的约束的影响。颗粒形状（球形或多面体），材料的多分散性和限制壁摩擦的影响，这种依赖性进行了研究。与一个简单的几何模型一致，固相分数被发现线性减少，无论晶粒形状的约束增加。此外，这种下降仍然有效的双分散球填料，虽然梯度似乎显着降低时，小颗粒的比例达到40%的体积。配位数上的约束效应也被捕获的上述模型的扩展。
2012-12-10 cond-mat.other cond-mat.soft
Dense sphere packings from optimized correlation functions
基本光滑函数（超越接触）被用来构造成对的关联函数，以模拟堵塞的无序球填充。使用Torquato和Stillinger [J. Phys. Chem. B 106，8354，2002]的g2不变优化方法，在必要的可实现性条件下优化这些函数中的参数，以最大化填充分数phi和每个球Z的平均接触数。一对关联函数，它包含了无序堆积的显著特征，并且在接触之外是光滑的，被示出为允许φ为0.6850：该值表示三维中全等硬球的最大值π/sqrt{18} ~ 0.7405，和0.64，与最大随机堵塞（MRJ）填料在三维空间中的近似分数。我们发现，令人惊讶的是，继续添加由光滑正弦曲线组成的初等函数，其衰减为r^{-4}，允许填充分数接近pi/sqrt{18}。一个平移顺序度量是用来区分度的顺序包装。我们发现，为了获得更高的填充分数，有序度必须增加，这与先前研究的结果一致[Torquato等人，物理修订版信函84，2064，2000]。
2009-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diverse densest ternary sphere packings
对球面填充的研究是数学和包括材料科学在内的许多学科的基本问题。在我们之前的研究[Koshoji和Ozaki，Phys. Rev. E 104，024101（2021）]的基础上，我们对451个半径比和436个成分的densitrile sphere packings（DTSP）进行了详尽的计算探索。无偏的探索发现了不同的22个推定的DTSP，从而确定了60个推定的DTSP，包括38个DTSP讨论了以前的研究。一些已发现的DTSP是有序的，如（9-7-3）结构中的介质球排列成一条直线，构成晶胞，如果结构畸变得到校正，DTSP具有$Pm \bar{3}m$对称性。在相当多的半径比，最高的填充分数是通过相分离，仅由FCC和/或推定的denatured二元球填料（DBSP）的所有组合物，和的趋势是越来越明显的小和中等的球变得更大。这一结果似乎直接表明DBSPs中的局域结构可能比由三种球组成的结构更致密。然而，由于三元局部结构的复杂性，未发现的DTSP的晶胞可能只比本研究中的大得多。最后，我们讨论了基于空间群的DTSP与实际晶体的对应关系。我们的研究表明，DTSPs的不同结构可以有效地用作结构原型，用于搜索三元，四元和五元晶体结构。
2022-03-24 cond-mat.soft physics.comp-ph
Dense pedestrian crowds versus granular packings: An analogy of sorts
行人群体的动态和颗粒媒体之间的类比早就被暗示了。当人群（非常）密集时，它们似乎更有希望，在这种情况下，禁止行人的机械约束可能会战胜行人动态的决定性成分。这些类比和它们的起源探讨在两个不同的设置，（i）通过一个狭窄的瓶颈和（ii）通过入侵者的静态组装的流量。几个定量的相似性已被报道为前设置，并在这里进行讨论，而设置（ii）揭示了差异的响应模式，这是由于行人的感知能力，预期和自我推进。
2020-05-12 cond-mat.soft physics.class-ph
Dense Regular Packings of Irregular Non-Convex Particles
我们提出了一个新的数值方案，以有效的方式研究系统的非凸，不规则，和穿孔粒子。我们采用这种方法来分析规则包装的奇怪形状的机构，不仅从一个纳米粒子，但也都从计算几何的角度来看。除了确定许多形状的密堆积结构，我们还发现了一个新的密集配置的截断四面体。此外，我们考虑最近合成的纳米粒子和胶体，我们专注于排除体积相互作用，以显示我们的方法在其晶体结构和相行为的调查的适用性。扩展所提出的方案包括软粒子粒子相互作用，准晶系统的研究，和随机填充的合并。
2011-07-05 cond-mat.soft math-ph math.MP
Phyllotaxis, disk packing and Fibonacci numbers
我们考虑的磁盘（代表芽的位置），引入在一个表面的顶部，它有一个不断增长的茎的形式的包装的演变。它们向下迁移，同时符合三个原则，适用于当地：密集包装，均匀性和连续性。我们表明，螺旋结构的特点是广泛观察到的斐波那契序列（1，1，2，3，5，8，13.），以及相关的结构，在这样的规则下自然发生。典型结果以动画形式呈现。
2017-02-25 cond-mat.soft
Shear profile in a dense packing of large grains
本文利用干涉图像局部时间相关函数，以亚颗粒分辨率测量旋转环形槽内毫米级折射颗粒密堆积床的近壁剪切剖面，发现剪切增强时系统响应转变及力链各向异性。
2024-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Densest binary sphere packings
在α-x平面中，小球体与大球体半径比α和小球体相对浓度x的致密二元球体填充历来非常难以确定。先前的研究已经导致预测这些填充物由几种已知的“合金”相组成，包括例如AlB 2（六方Ω）、HgBr 2和AuTe 2结构，并且导致XYn结构由紧密填充的大球与间隙中的小球（数量比为n比1）组成，例如，n = 1的NaCl填充。然而，利用Torquato-Jiao球填充算法的实现[S. Torquato和Y. Jiao，Phys.Rev.E82，061302（2010）]中，我们已经发现，更多的结构出现在致密填充中。例如，以前所有已知的致密结构都是由小到大的球体组成的，其数量比为1：1、2：1，最近还有3：1，而我们已经发现了数量比为7：3和5：2的致密结构。在最近的工作[A。B.霍普金斯，Y. Jiao，F. H. Stillinger和S. Torquato，Phys. Rev. Lett. 107，125501（2011）]，我们总结了这些发现。在这项工作中，我们提出了已知的最密集的填料的结构，并提供有关其特性的细节。我们的研究结果表明，一个广泛的阵列的不同的dennious机械稳定的结构组成的只有两种类型的组件可以形成没有任何考虑的吸引力或各向异性的相互作用。此外，我们已经确定的新结构可能对应于某些二元原子和分子系统的当前未识别的稳定相，特别是在高温和高压下。
2012-01-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Generating dense packings of hard spheres by soft interaction design
在大尺寸$d$中有效地填充球体是一个特别困难的优化问题。在本文中，我们添加了一个各向同性的相互作用势的纯硬核排斥，并表明，可以调整它，以最大限度地降低包装密度。我们的研究结果表明，指数许多（在粒子数）不同的无序球包装可以有效地构建这种方法，包装分数接近$7\, d\, 2^{-d}$。后者是通过求解最大化的动态玻璃化转变在空间的相互作用势的反问题。我们的方法至关重要地利用了最近精确制定的热力学和动力学的简单液体在无限维。
2018-04-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Packing Confined Hard Spheres Denser with Adaptive Prism Phases
我们发现，硬球之间的两个平行的硬板包装密集的周期性自适应棱柱结构，这是由交替的棱柱球。棱镜的内部结构与狭缝高度相适应，这导致了一系列板分离的紧密填充，刚好高于三个相交的正方形层正好适合板之间的距离。自适应棱镜相也观察到在实际空间实验中的空间稳定的胶体和有限压力下的蒙特卡罗模拟。
2012-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
