Surveying the Free Energy Landscapes of Continuum Models: Application to Soft Matter Systems
各种方法被开发用于表征连续体，朗道型自由能模型的自由能景观。使用形态的脂质囊泡和多稳态液晶器件为例，我表明，该方法允许系统的研究，不仅最相关的最低能量配置，而且任何两个极小值之间的过渡路径，以及它们相应的能量势垒和过渡态配置。然后，可以使用断开图或网络表示来可视化自由能景观的全局视图。不同形式的自由能泛函和边界条件可以很容易地实现，从而使这些工具可以用于广泛的问题。
2015-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Uniaxial versus Biaxial Pathways in One-Dimensional Cholesteric Liquid Crystals
胆甾相液晶具有丰富的静态亚稳态形态。理解这种状态之间的转换是开发可切换设备的关键。我们表明，使用准一维模型，胆固醇表现出不同的单轴和双轴路径之间的不同的极小值。我们研究不同层数之间的过渡，并证明，并显示，过渡态区分通过展曲介导的解扭，通过接触拓扑结构的理解，或双轴性的存在。此外，我们还描述了一系列额外的鞍点，这些鞍点决定了解决方案格局的连通性。
2022-08-15 cond-mat.soft
Alternative pathways of dewetting for a thin two-layer film of soft matter
我们考虑两个堆叠的超薄层的不同的液体在固体基板上。利用长波理论，我们推导了自由液-液和液-气界面的耦合演化方程。线性和非线性分析表明，取决于长程范德华力和层厚比，系统遵循不同的去湿路径。这种不稳定性可能是由波纹或锯齿形模式驱动的，并导致薄膜在液-气界面或衬底处破裂。
2004-08-24 cond-mat.soft nlin.PS
An Active Matter Pathway for Non-Equilibrium Liquid-Liquid Extractions
Ralph E. Martin Department of Chemical Engineering, University of Arkansas（阿肯色大学化学工程系）；University of Arkansas（阿肯色大学）
该研究提出Marangoni流驱动的活性物质通路，实现金属离子高效非平衡液-液萃取，萃取速率提升至少三倍，为液-液萃取提供新范式并开辟研究与技术新方向。
2026-08-11 cond-mat.soft
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
Crystal nucleation along an entropic pathway: Teaching liquids how to transition
我们结合机器学习（ML）和蒙特卡罗（MC）模拟来研究晶体成核过程。使用ML，我们评估了结晶过程中密度和温度范围内系统的正则配分函数。我们实现这一点的例子中的Lennard-Jones系统通过训练人工神经网络使用，作为参考数据集，状态方程的亥姆霍兹自由能的液相和固相。ML预测的准确性进行了测试，在很宽的范围内的热力学条件下，结果显示，提供一个准确的估计为典型的配分函数，当从平面直方图模拟的结果相比。然后，ML预测被用来计算系统的熵在MC模拟等温等压系综。这种方法所产生的结果与氩的液相和固相的实验数据非常吻合。最后，以熵为反应坐标，利用伞形取样技术，我们能够确定晶体成核过程的吉布斯自由能分布。特别是，我们得到了一个自由能垒非常好的协议，从以前的模拟研究的结果。这里开发的方法可以很容易地扩展到分子系统和复杂的流体，是特别有前途的熵驱动过程的研究。
2018-09-09 cond-mat.soft physics.comp-ph
Tunable colloid trajectories in nematic liquid crystals near wavy walls
从材料科学到生命系统，控制胶体运动的能力是一个重要的挑战。在这里，通过嵌入能量景观在封闭的液晶，我们设计了一个多功能的平台来定义胶体迁移。这是通过在液晶中放置一个波浪壁来实现的，波浪壁具有交替的山丘和井，以施加一个平滑的弹性能量场，具有交替的张开和弯曲变形。该域产生（Meta）稳定的位点，作为吸引子和不稳定的位点，排斥胶体在距离大的胶体半径相比。利用这些位点附近的能量梯度来指示胶体轨迹。我们展示了这种控制的几个方面，通过研究缺陷配置之间的转换，推进粒子沿明确的路径和利用多稳态系统发送粒子到特定的网站内的域。这种定制的景观在可重构系统和微型机器人应用中具有前景
2018-11-06 cond-mat.soft
The microscopic pathway to crystallization in supercooled liquids
尽管结晶过程具有基础性和技术性的重要性，但对结晶过程的微观理解仍然难以捉摸。通过硬球模型的计算机模拟，我们揭示了热涨落驱动从过冷液体态到晶态转变的机制。特别是，我们发现，在键取向顺序的波动触发成核过程中，相反的共同信念，即过渡是由密度波动。此外，键取向波动的分析表明，这些不仅充当成核过程的晶种，而且i）确定由它们成核的特定多晶型物，和ii）在高密度下有利于形成五重结构，这可以阻碍晶体的形成。这些结果对我们理解玻璃化与结晶化之间的关系具有重要意义。
2012-06-28 cond-mat.soft
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
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
Self-assembly of colloidal particles in deformation landscapes of electrically driven layer undulations in cholesteric liquid crystals
本文研究了在垂直于液晶层的电场作用下，胆甾相液晶中胶体颗粒与起伏形变形貌之间的弹性相互作用。波动不稳定性的发生受到胶体夹杂物的存在的影响，反过来，层的波动介导颗粒位置的空间图案。我们发现，周围的胶体颗粒表面的弯曲的dielectric层提示的局部成核的起伏晶格在电场低于已知的液晶没有夹杂物的明确的阈值，并且所得到的晶格的发病局部影响，在尺寸和取向上，由使用激光镊子定义的胶体的初始安排。球形颗粒往往在空间上定位在强烈的扭曲的区域中的纳米层，而胶体纳米线表现出额外的偏好沿各种矢量的起伏晶格的多稳态对齐偏移。超顺磁性胶体颗粒的磁旋转与局部扭曲的螺旋轴和起伏的螺旋层以允许这些颗粒的受控三维平移的方式耦合。这些相互作用模式提供了深入的物理液晶结构胶体弹性相互作用，以及指向引导自组装的可重构胶体复合材料在衍射光学和光子学的潜在应用的方式。
2016-12-02 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
Free energy calculations along entropic pathways: II. Droplet nucleation in binary mixtures
利用分子模拟方法研究了二元混合物液滴的成核过程，确定了沿熵路径的成核自由能。为此，我们开发了$μ_1 μ_2 VT-S$方法，基于巨正则系综模拟二元混合物，并使用系统$S$的熵作为反应坐标来驱动液滴的形成。这种方法建立在巨正则系综的优点之上，它允许直接计算系统的熵，并让系统的组成在整个成核过程中自由变化。从亚稳态过饱和蒸气开始，我们能够通过逐渐减小$S$的值来形成液滴，通过一系列伞形取样模拟，直到形成临界尺寸的液滴。的$μ_1 μ_2 VT-S$方法还允许我们计算与成核过程中的自由能垒，揭示过饱和度和成核自由能之间的关系，并分析在成核过程中的液滴的大小和其组成之间的相互作用。
2021-08-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
How crystals form: A theory of nucleation pathways
经典密度泛函理论的最新进展与随机过程理论和稀有事件技术相结合，制定了一个理论描述的成核，包括结晶，可以预测非经典的成核途径的基础上没有输入以外的其他粒子的相互作用势组成的系统。该理论是直接制定的密度场，从而放弃了需要定义集体变量。它是说明应用扩散限制成核的大分子在溶液中的液-液分离和结晶。两者都涉及非经典的途径与结晶，特别是，进行由两步机制组成的致密溶液液滴的形成，然后由订购起源于液滴的核心。此外，在有序化过程中，自由能表面显示出与液体冻结成固体壳相关联的浅极小值，这可能揭示了广泛观察到的纳米级簇的亚稳性。
2019-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Topology and Kinetic Pathways of Colloidosome Assembly and Disassembly
本研究开发了微米级流体胶体体作为脂质囊泡类似物，通过减缓动力学过程实时观察其组装与解组装，揭示了闭合囊泡转变为圆盘的最低能量路径涉及类圆柱体中间态，为液态壳层拓扑变化及纳米级货物递送提供了新见解和稳健平台。
2025-04-06 cond-mat.soft
Non-equilibrium pathway to mesoscale ordering in ethanol-water binary liquid
Hubei University of Technology（湖北工业大学）；Wuhan University of Technology（武汉理工大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
通过周期性热振荡驱动乙醇-水混合物沿完整的分级自组装路径实现介观有序，揭示溶液非理想性的动力学起源。
2026-05-25 cond-mat.soft physics.atom-ph
Construction of a pathway map on a complicated energy landscape
我们如何从能量图上的高指数和高能量稳态开始搜索整个家谱，而不进行不必要的随机猜测？在这里，我们介绍了一个通用的数值方法，构建明确连接从一个单一的父状态分支的所有固定点的路径图。这张地图引导我们理解物理系统如何在能量景观中移动。特别是，该方法使我们能够识别能量最小值和与这种状态相关的能垒之间的过渡态。作为一个例子，我们解决了Landau-de Gennes能量结合Dirichlet边界条件，以模拟一个液晶限制在正方形盒子，我们说明了基本概念，通过检查多个固定的解决方案和连接的路径映射的模型。
2021-04-20 cond-mat.soft physics.comp-ph
Wetting and cavitation pathways on nanodecorated surfaces
在本文中，我们通过自由能分子动力学模拟研究了纳米装饰表面上蒸汽泡的润湿和成核。结果揭示了超疏水性的稳定性淹没表面与纳米级波纹。的凹进的几何形状下的空腔的调查是能够维持一个封闭的气相内的表面粗糙度（Cassie状态）的疏水性和亲水性的液体和固体的组合。原子系统是纳米尺寸的;在这个尺度上，热激活事件可以发挥重要作用，最终决定卡西态的寿命。这种超疏水状态可以通过在大压力下完全润湿纹理（Cassie-Wenzel转变）或通过在负压下成核蒸汽泡（空化）来破坏。专门的罕见事件技术表明，由于复杂的表面几何形状，润湿和空化的几种途径是可能的。相应的自由能垒为100 kBT量级，并随压力变化.原子的结果被发现是在半定量符合宏观毛细理论。然而，后者不能捕获的密度波动，这决定了在负压（液体旋节线）的限制液相的不稳定。
2016-12-06 cond-mat.soft
Liquid-liquid phase transition in simulations of ultrafast heating and decompression of amorphous ice
最近的一个实验[K。H. Kim等人，Science 370，978（2020）]表明，通过使高密度无定形冰（HDA）经受超快加热，可以检测过冷水中的液-液相变（LLPT），据报道，在此之后，样品经由一级相变经历从高密度液体（HDL）到低密度液体（LDL）的自发减压。在这里，我们进行计算机模拟的ST 2水模型，其中LLPT是已知的发生。我们对该模型的各种HDA样品进行了加热和减压协议，该协议遵循与最近实验相似的热力学途径。我们的研究结果表明，尽管这里采用了非常高的加热和减压速率，但在遵循该途径的强烈不平衡过程中可以观察到潜在平衡LLPT的签名。我们的研究结果也与以前的研究中报道的玻璃态ST 2水的相图相一致。
2021-06-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Global perspectives on the energy landscapes of liquids, supercooled liquids, and glassy systems: The potential energy landscape ensemble
原则上，多体系统的所有动力学复杂性都被封装在原子运动的势能景观中--这一观察表明，动力学的本质应该由这些景观的几何形状决定。但是，控制长期动力学的主要几何特征是什么呢？我们认为，关键不在于当地的最小值和鞍的景观，但在一个更全球性的表面属性：其可访问的途径。为了使这个概念更精确，我们引入了两个想法：（1）切换到一个新的合奏，从问题中删除了潜在的障碍的概念，（2）在这个新的合奏找到最佳途径的方式。势能景观合奏，我们在目前的文件中描述的，认为最大的可访问的势能，而不是温度，作为一个控制变量。我们在这里表明，虽然这种方法在热力学上等效于正则系综，但它不仅回避了障碍的想法，而且使我们能够定量地了解景观的连通性。我们说明了这些想法与计算上一个简单的原子液体和Kob-Andersen模型的玻璃形成液体，显示，在这个过程中，景观的Kob-Anderson模型似乎有一个连接过渡的景观能量与其模式耦合过渡。在我们的配套论文中，我们转向通过势能景观找到最有效途径的问题。
2007-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Controlled formation of multi-scale porosity in ionosilica templated by ionic liquid
本文提出水解离子硅膜的IL模板合成新路径，结合TGA、氮气吸附和SAXS及定量几何模型，证明其在相似孔几何下可实现更高介孔率。
2024-09-06 cond-mat.soft
Local structural features elucidate crystallization of complex structures
本研究利用无监督机器学习分析键取向序特征，识别复杂晶体生长中的局部基序，揭示了多步结晶途径中局部有序性的出现及Frank-Kasper相的几何受阻生长机制。
2024-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase Transition Dynamics and Stochastic Resonance in Topologically Confined Nematic Liquid Crystals
受限液晶中由边界约束引起的拓扑缺陷引起了广泛的研究兴趣。在本文中，我们使用数值模拟研究了随机共振背景下的相变动力学的液晶器件中含有缺陷。该器件由限制在浅方阱中的双折射液晶制成，并由平面Lebwohl-Lasher模型描述。利用过阻尼Langevin动力学方法模拟了弱振荡势作用下系统的随机相变过程。我们的模拟结果表明，根据系统的大小，相变可能遵循两个不同的路径：在小系统中，预先存在的缺陷结构的角落举行，直到最后一个阶段，并没有新形成的缺陷点在体在相变，在大系统中，新的缺陷点自发地出现在体中，并最终合并与预先存在的缺陷在角落。对于这两个过渡路径的随机共振可以观察到，但显示出显着的差异，在他们的响应边界锚定强度。在小型系统中，我们观察到一定锚定强度范围内的“粘性边界”效应，其中相变被卡住并且随机共振变得失活。我们的工作演示了在受限液晶中缺陷、噪声和边界条件之间的动态相互作用。
2018-09-01 cond-mat.soft
Out-of-equilibrium processes in suspensions of oppositely charged colloids: liquid-to-crystal nucleation and gel formation
我们研究了带相反电荷的颗粒的胶体悬浮液中的液晶转化和凝胶形成的动力学。我们分析，通过计算机模拟和实验，流体淬火的相图中的状态点，其中最稳定的状态是一个均匀的结晶固体或与稀释气体接触的固相的演变。一方面，在高温和高填充分数，接近有序固体/无序固体共存线，我们发现，流体到晶体的途径不遵循最小自由能路线。另一方面，淬火到远离有序晶体/无序晶体共存边界的状态点之后是通过最小自由能途径的流体到固体的转变。在低温和包装分数，我们观察到，该系统经历了气-液spinodal分解，在某些时候，逮捕引起的凝胶状结构。我们的模拟和实验都表明，增加相互作用范围有利于凝胶状结构中的玻璃化结晶。
2009-07-13 cond-mat.soft
Formation of porous crystals via viscoelastic phase separation
胶体悬浮液的粘弹性相分离可以通过玻璃化转变或结晶而中断以形成凝胶。与一个新的共聚焦显微镜协议，我们遵循整个动力学的相分离，从均匀相不同的逮捕状态。在实验中，我们的结果首次揭示了一种新的结晶途径海绵状多孔晶体结构。在早期阶段，我们表明，成核需要一个结构重组的液相，称为应力驱动的老化。一旦成核开始，我们观察到结晶遵循三种不同的路线：液相直接结晶，Bergeron过程，和Ostwald熟化。成核在重组网络内部开始，但晶体通过气相在其表面上的直接冷凝而生长，驱动液体蒸发，并产生不同于原始相分离模式的网络结构。我们认为，类似的晶体凝胶状态可以形成在单原子和分子系统中，如果液相是足够慢，以诱导粘弹性相分离，但足够快，以防止立即玻璃化。这提供了一种新的途径来形成金属和半导体的纳米多孔晶体而不脱合金，这对于催化、光学、传感和过滤应用可能是重要的。
2018-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Morphological Transitions during Melting of Small Cylindrical Aggregates
大多数关于约束条件下熔化的研究只集中在固体和液体熔体相。尽管其无处不在，从毛细界面（液体/蒸汽界面）的贡献往往被忽视。在这项研究中，小圆柱形聚集体在蒸汽中的熔化行为进行了分析。对于假定的边界条件（圆柱体，顶面不润湿，侧壁不润湿），固液两相在一定温度范围内可以共存。由于毛细管的不稳定性，液相可以形成轴对称的棒状形态，或者在一定的阈值液体体积分数以上，与棒状部分共存的凸起。相应的熔点不同。分析明确描述了一个真正的系统的小聚集体的长链烷烃平面基板上的行为。它还提供了定性的见解，一般具有各向异性润湿行为的小聚集体的熔融行为。它揭示了特别是如何熔点和熔化途径取决于充满活力的形态路径，导致完全熔化。
2016-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Swelling cholesteric liquid crystal shells to direct colloids at the interface
本文利用胆甾相双乳液的渗透溶胀和壳层动态减薄，通过调节表面能与体相能的竞争，将界面胶体粒子引导组装成线性聚集体并稳定拓扑缺陷，揭示了动力学路径在液晶粒子组装中的关键作用。
2020-01-04 cond-mat.soft
Mastering energy landscapes via liquid liquid phase separation to program active supramolecular coassembly from the nano to macro scale
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；University of Nottingham（诺丁汉大学）；ModelMole；University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；University of Valladolid（瓦拉多利德大学）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
本研究利用液-液相分离调控无序蛋白质和多肽共组装系统的能量景观，实现从纳米到宏观尺度的可预测组装控制，为设计类生命层级材料提供通用框架。
2025-10-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
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
Free energy calculations along entropic pathways III. Nucleation of capillary bridges and bubbles
利用分子模拟方法，分析了氩气在圆柱形纳米孔中的毛细冷凝和蒸发过程。为了这个目的，我们定义的熵的吸附流体作为一个反应坐标，并确定与这两个过程沿熵路径的自由能。对于毛细冷凝，我们确定了一个复杂的自由能分布从这种现象的多阶段性质。我们发现毛细管冷凝通过跨纳米孔的液体桥的成核进行，然后通过其在整个孔中的膨胀来产生高密度的稳定相。在毛细管蒸发的情况下，沿着熵路径的自由能分布也表现出不同的制度，对应于流体的分层结构的初始不稳定化，随后形成气泡，随后膨胀穿过纳米孔。
2021-08-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-classical nucleation pathways in stacking-disordered crystals
晶体从液态熔体中成核的特征通常在于不同晶体结构或多晶型物之间的竞争，并且可导致具有非均质组成的核。这些混合相核可以显示出非平凡的空间排列，如层状和洋葱状结构，其组成根据径向距离而变化，到目前为止，这已经被解释的基础上的体积和表面自由能之间的竞争阶段的差异。在这里，我们扩展了这些非经典的成核过程的一般性，表明分层和洋葱状结构可以出现完全基于结构波动，即使在没有自由能的差异。我们考虑两个竞争晶体结构的例子，六方晶系和面心立方晶系形成于硬球体中，与排斥性胶体和致密液体有关，立方和六方金刚石形成于水中，也与其他14族元素如碳和硅有关。我们引入了一种新的结构序参量，结合神经网络分类方案，使我们能够研究的性质，从早期阶段的成核生长的核。我们发现，小的核有不同的大小波动和组成的核，出现从生长阶段。这两个政权之间的过渡的特征在于洋葱状结构的形成，其中的组成随着距离的中心的核，类似于在两步成核过程中所看到的变化。
2021-05-12 cond-mat.soft
Role of the interplay between spinodal decomposition and crystal growth in the morphological evolution of crystalline bulk heterojunctions
有机太阳能电池的稳定性受到光活性层的形态的强烈影响，其分离的结晶和/或非晶相在生产过程中远离其热力学平衡而动力学淬灭。这些结构在细胞寿命期间的演变仍然知之甚少。在本文中，相场模拟框架，提出了处理液-液分层和多晶生长在同一时间，以研究晶体不混溶二元系统的演变。我们发现，最初，核触发的调幅分解，而生长的晶体淬火相粗化的非晶混合物。相反，分离的液相引导晶体沿着高浓度区域生长。它也表明，随着较高的结晶速率，在最终的形态，单晶更结构化，并形成每个材料的结晶路径具有较小的横向尺寸。
2020-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Non-equilibrium pathways between cluster morphologies in active phase separation: necking, rupture and cavitation
University of Cambridge（剑桥大学）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
研究二维活性晶格气中液滴与板条形态转变的非平衡路径，发现正向转变类似平衡机制，反向转变依赖稀有非平衡涨落，高佩克莱数下平衡路径被抑制。
2026-06-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bayesian Parameter Identification in the Landau-de Gennes Theory for Nematic Liquid Crystals
本文针对向列液晶 Landau-de Gennes 模型提出一种贝叶斯参数辨识方法，利用模拟数据评估了马尔可夫链蒙特卡洛近似精度、置信区间与可辨识性极限。
2025-04-22 cond-mat.soft cs.NA math.NA
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
Breakdown of diffusivity-entropy scaling in colloidal glass forming liquids
玻璃是一种失去流动能力的液体。为什么这种特殊的物质在动力学上经历了急剧的减速，而在冷却时在结构上与流体状态几乎没有区别，这构成了玻璃化转变物理学的中心问题。在这里，我们实验测试的途径动力学减慢在玻璃$\textrm{-}$形成的液体，由椭球体或二进制球形胶体。与旋转运动相反，在平移运动中扩散系数和过量熵之间的指数标度被揭示为由于玻璃效应而在令人惊讶的低面积分数（$ϕ_\textrm{T}$）处破裂。在$ϕ_\textrm{T}$，反常的双旋耦合增强，自由能景观的地形变得崎岖。基于$ϕ_\textrm{T}$与脆性之间的正相关性，$ϕ_\textrm{T}$的测量提供了一种预测液体松弛的新方法，同时避免了在高密度区域所需的平衡时间的禁止性增加。我们的研究结果突出了玻璃化熵在玻璃化转变中的作用。
2018-05-22 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann simulations of spontaneous flow in active liquid crystals: the role of boundary conditions
活性液晶或活性凝胶是可以物理实现的软材料，例如通过制备与分子马达相互作用的细胞骨架丝的溶液。我们研究了具有各种边界条件的板状几何结构中的有源液晶的流体动力学，通过格子Boltzmann模拟数值求解其运动方程。在所有的情况下，我们发现，主动液晶可以维持自发流在稳态相反，他们的被动同行，并与最近的理论预测。我们进一步发现，冲突锚定条件的边界导致自发流的任何值的“活动”参数，而与未受挫锚定在所有边界自发流只发生在活动超过一个临界阈值。最后，我们讨论了在几个选定的情况下，导致稳态的动态路径。
2007-06-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
"Ultra-weak" First-Order Phase Transition in Biaxial Liquid Crystals
Lady Brabourne College（莱迪布拉伯恩学院）；Ramsaday College（拉姆萨代学院）；Jadavpur University（贾达普大学）
本研究通过大晶格多重直方图重加权的高分辨率蒙特卡洛模拟，发现双轴液晶中三临界点与三相点间的单轴-双轴相变是邻近驱动的超弱一级相变，强度比对称性强制的各向同性-单轴一级相变小一个数量级以上，为相关研究提供新方向。
2026-09-01 cond-mat.soft
Dynamics of liquid crystal on hexagonal lattice
吸附在二维材料上的向列型液晶（LC）分子沿六方晶格的晶体方向排列。结果表明，短脉冲可以使取向的液晶分子沿六方氮化硼（h-BN）的优先扶手椅方向重新取向。通过改变电脉冲的方向和强度，得到了具有各种颜色的几种状态。采用基于密度泛函理论的从头计算方法研究了液晶分子在h-BN表面的吸附构型。提出了一种非易失性显示器，其中像素分辨率可以由六边形表面的晶粒来确定，这可以提供一种以低功耗实现动态高质量像素的途径，并且可以为所有非易失性显示器应用定义新的范例。
2018-06-01 cond-mat.soft physics.optics
The potential energy landscape and inherent dynamics of a hard-sphere fluid
硬球模型表现出许多与更现实的液体模型相同的过冷液体行为，但它们的势的高度非分析特性使得从势能-能量-景观的角度来考虑这种行为是一个挑战。我们在这里表明，它是可能的硬球景观，通过这些景观的测地线路径计算的一个重要的拓扑性质，这样做，而不人为粗粒化或软化的潜力。此外，我们表明，这些途径的长度随着填充分数的增加而快速增长，定量预测了玻璃形成硬球混合物模型中扩散常数的急剧下降。测地线路径本身可以被认为定义了硬球的内在动力学，因此发现它们（以及潜在的势能景观的特征）正确地预测了动力学异质性和非高斯参数的非零值的发生也很有启发性。这种奇异模型的动力学的这些景观预测的成功强调，有更多的势能景观比通过观察极小值和鞍点揭示。
2014-08-13 cond-mat.soft
Mechanisms in Slide Electrification of Liquid and Frozen Drops on Hydrophobic Surfaces
Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）
研究液态和冻态液滴在疏水表面滑动电荷的机制，发现极性液体在低温下仍积累显著电荷，而非极性液体电荷较低，表明可能涉及电子转移机制。
2026-07-02 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Thermotropic reentrant isotropy and antiferroelectricity in the ferroelectric nematic material RM734
本文报道了在掺杂离子液体的液晶化合物RM734中，通过简单冷却或温度循环实现从铁电向列相向具有重入各向同性对称性的低温反铁电流体相的转变，并发现了额外的层状调制反铁电相。
2023-09-10 cond-mat.soft
Relaxation of interstitials in spherical colloidal crystals
球形胶体晶体（CC）在两种液体之间的界面上自组装。这些2D结构非常规地结合了局部六边形顺序和球形几何形状。如今，通过改变它们的结构来积极地研究CC。然而，由于自组装结构的独特性及其寿命短，此类实验结果的统计分析受到限制。在这里，我们进行了数值实验，以调查的CC结构松弛后，侵入间隙的途径。在过阻尼分子动力学框架下模拟了这一过程。松弛的发生是由于与扩展拓扑缺陷（ETD）的相互作用，这些缺陷是由它们的固有高斯曲率在球形CC中强制诱导的。对弛豫途径的类型进行了分类，并对低温区弛豫途径的概率进行了估计。为了分析结构的变化，在放松过程中，我们使用父相的方法，使我们能够描述的全球组织的球形秩序。这种组织仅通过最典型的弛豫途径得以保留，导致填充ETD区域内整合的空缺之一。与此相反，其他途径使ETD中心移动，并能强烈地重建ETD的内部结构。讨论了弛豫过程的温度依赖性和位错解束缚机制。在松弛的球形结构和平面六角晶格的特定片段的共同特点。
2015-09-26 cond-mat.soft
Phase Field Simulation of Liquid Filling on Grooved Surfaces for Complete, Partial and Pseudo-partial Wetting Cases
开发相场模拟方法研究沟槽表面液体填充，发现完全润湿转变可逆且遵循开尔文方程，部分和伪部分润湿存在迟滞，伪部分润湿具有多种形态演化路径。
2023-05-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
An Ising model for the thermal and dynamic properties of supercooled liquids and the glass transition
我们描述了一个伊辛模型与正交动力学的行为，在同一个蒙特卡罗（MC）步骤中，能量的变化和对齐的变化从来没有发生。这种正交伊辛模型（OIM）允许能量守恒和动量守恒在它们自己的优选时间尺度上独立地进行。MC模拟的OIM模拟二十多个不同的特点，通常发现以上和以下的玻璃化温度，Tg。实例包括在Tg附近具有滞后的比热、表现出主要和次要峰值的异相损耗、α响应时间的超阿耳忒弥斯T依赖性以及随着系统尺寸（N）增加而增加的脆性。平均场论的能量波动的OIM产生了一个新的表达式的超阿克里乌斯发散。因为这种发散让人想起Vogel-Fulcher-Tammann（VFT）定律的平方，我们称之为VFT 2定律。一个修改后的Stickel图，线性化的VFT 2法，给出了定性一致的协议与测量的主要响应（从文献）上的五个玻璃形成液体。与OIM的这种一致性表明，过冷液体具有几个基本特征。液体凝固成玻璃涉及到一个潜在的二阶转变，该转变因有限尺寸效应而变宽。VFT 2定律来自于能量波动，它通过熵瓶颈增强了路径，而不是激活了能量障碍。初级响应时间随逆N呈指数变化，与从测量中推导出的弛豫时间分布一致。通过T依赖的主要响应发现系统的大小是类似的独立弛豫区域的大小通过核磁共振测量的简单分子玻璃形成液体。OIM为更详细的液态玻璃行为模型提供了广泛的基础。
2022-09-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
The low-density/high-density liquid phase transition for model globular proteins
采用蒙特卡罗模拟和有限温度经典密度泛函理论计算相结合的方法，研究了分子大小（排斥体积）和相互作用范围对模型球状蛋白质的表面张力、相图和成核性质的影响.我们使用一个参数化的潜力，可以顺利地从标准的Lennard-Jones相互作用特性的简单流体，十沃尔德-Frenkel模型的有效相互作用的球状蛋白质在溶液中。我们发现，大的大分子，如蛋白质的大排斥体积特性是在确定的液-气表面张力和成核性能的主导作用。势的范围的变化仅在排除体积小的情况下（例如对于简单流体）才显得重要。然后用密度泛函理论计算了从低密度相到高密度相的均匀形核过程，包括形核势垒、形核途径和形核速率。据发现，成核障碍通常只有几个$k_{B}T$和成核率大大高于将由经典成核理论预测。
2010-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Epithelia are multiscale active liquid crystals
生物学过程，如胚胎发生、伤口愈合和癌症进展，关键地依赖于上皮细胞在比典型细胞尺寸大的数量级的长度尺度上协调其机械活动的能力。虽然受到各种信号通路的调节，但最近变得明显的是，这种行为还可以取决于最小的物理机制工具包，其中液晶有序是最突出的例子。然而，实验和理论研究在这方面给出了迄今为止不一致的结果：虽然在解释实验数据时经常引用六角序，但计算模型却表明，六角序可以作为汇合细胞层集体迁移的关键。在这篇文章中，我们解决了这个难题。使用Madin-Darby犬肾细胞（MDCK），数值模拟和分析工作的体外实验相结合，我们证明，这两个hexatic顺序，事实上，存在于上皮层，前者是占主导地位的大长度尺度和后者在小长度尺度。在未涂覆玻璃上的MDCK GII单元中，这些不同类型的液晶顺序以十个单元尺寸量级的长度尺度交叉。我们的工作揭示了生命物质的紧急组织，为破译上皮细胞的结构提供了一个新的框架，并为全面和预测性的组织介观理论铺平了道路。
2022-12-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Separating Energy and Entropy Contributions to the Hexatic-Liquid Transitions in Two-Dimensional Repulsive Systems
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
该研究通过分解自由能揭示能量与熵的竞争机制，揭示了二维排斥系统中六角体-液体转变的热力学本质。
2026-01-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
