Topological origin of peak splitting in the structure factor of liquid water
Inorganic Chemistry Laboratory, Department of Chemistry, University of Oxford（牛津大学化学系无机化学实验室）；CNR-Istituto dei Sistemi Complessi（意大利国家研究委员会复杂系统研究所）；Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Roma La Sapienza（罗马第一大学物理系）
研究揭示液态水结构因子峰分裂源于氢键网络的拓扑特征，通过原子模拟证明5-8元环对双峰散射信号的贡献。
2026-01-09 cond-mat.soft physics.chem-ph
Water above spinodal
液体旋节线是水热力学的基石，长期以来一直与隐藏在均匀成核极限后面的难以捉摸的液-液临界点一起讨论。这激发了许多试图解释水异常的情景。尽管最近的突破性实验消除了几个thous方案，我们缺乏一个工具来定位的旋节和液-液临界点。我们结合著名的Speedy方程和液-液临界点构建了一个独特的状态方程，以消除该缺陷并回顾这些解释。第一次，提出的状态方程独立地描绘了在液-液临界点的存在下的旋节线，并表明水异常的解释的基础上重新进入的旋节线是无效的，这个功能（重新进入旋节线）是唯一预测的基础上弯曲的密度表面所造成的第二个临界点的存在。然而，仅用临界点不足以解释水的密度面的形状。在新的方程中，氢键协同作用是重要的，迫使临界点存在于零温度之外。再加上越来越多的证据，在正压力下的均匀成核极限后面的压缩性最大值的存在，调查结果几乎排除了所有的解释水异常，除了在正压力下的液-液临界点的存在。最后，对热容的广泛研究表明，两个主要的实验热容数据集之间存在深刻的分歧，并确定了更准确的数据集。
2020-03-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Local Structure Analysis in $Ab$ $Initio$ Liquid Water
在密度泛函理论的框架内，精确的交换和非局部范德华/色散（vdW）相互作用的列入是至关重要的预测周围的液态水的微观结构，定量地同意与实验。在这项工作中，我们已经使用的局部结构指数（LSI）序参量分析的局部结构，在这样的高精度$ab$ $initio$液态水。在环境条件下，LSI的概率分布，P（$I$），是单峰的，大多数水分子的特点是更无序的高密度样的局部环境。去除热激发后，在固有势能面（IPES）中得到的双峰P（$I$）表现出高密度和低密度分子之间的3：1比例，后者在主要群体中形成小的连接簇。通过考虑空间相关性和氢键网络拓扑$among$水分子具有相同的LSI身份，我们证明了实验观察到的低密度（LDA）和高密度（HDA）的冰的无定形相的签名是存在于周围的液态水的IPES。LSI自相关函数的分析揭示了$\sim$ 4 ps的持续时间-这一发现与自然热波动是负责这些不同但短暂的局部水环境之间的过渡在周围液态水的事实相一致。
2015-02-27 cond-mat.soft physics.chem-ph
Water is not a Dynamic Polydisperse Branched Polymer
Naserifar和Goddard的贡献论文报告说，他们在环境条件下的RexPoN水模型将液态水模拟为动态多分散支化聚合物，他们推测这解释了过冷区域中液-液临界点（LLCP）的存在。我们的工作解决了几个严重的事实错误和不必要的猜测，在他们的论文中，他们的解释，他们的模型和其含义的LLCP在过冷水。
2019-05-23 cond-mat.soft physics.chem-ph
Correlation between Macroscopic and Microscopic Relaxation Dynamics of Water: Evidence for Two Liquid Forms
该研究利用高精度太赫兹光谱测量水从过冷到近沸点的介电响应，揭示了宏观与微观弛豫动力学的直接关联，并为水中存在两种具有不同转变温度和热激活能的液态形式提供了证据。
2023-05-31 cond-mat.soft physics.chem-ph
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
Hydrogen Bond Topology Reveals Layering of LDL-like and HDL-like Water at its Liquid/Vapor Interface
本研究利用拓扑序参量解析水/汽界面组成，发现类LDL水占据最外层、类HDL水在其下聚集，并在低于最大密度温度时形成明显分层。
2025-05-19 cond-mat.soft physics.chem-ph
Liquid-liquid phase transitions in dipolar liquids. Insights into Supercooled Water
Ca’ Foscari University of Venice（威尼斯大学）
本研究通过粗粒化理论结合TIP4P/Ice水模拟，揭示偶极相互作用可触发或诱导过冷水的液-液相变，且该相变涉及第一配位壳的结构变化。
2026-11-09 cond-mat.soft physics.chem-ph
Flexible model of water based on the dielectric and electromagnetic spectrum properties : TIP4P/$ε$ Flex
以红外光谱为实验数据目标，对TIP 4P/ $ε$进行了改进，在所有键上增加了谐振势U（r），在水分子中氢、氧原子形成的夹角上增加了谐振势U（θ）。分子的柔性使水分子能够在不同的温度和压力下改变其结构，并在大量液体中改变偶极矩的分布。这种分布有助于更好地再现刚性模型无法描述的实验数据。3位和4位的刚性水模型在描述所有实验性质时存在局限性，这是因为它不能反映不同热力学相周围的偶极矩分布情况。将新的柔性TIP 4P/ $ε$ Flex水模型与改进的TIP 4P模型和OPC模型进行了比较。
2020-12-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Electric double layer of colloidal particles in salt-free concentrated suspensions including non-uniform size effects and orientational ordering of water dipoles
悬浮液在各种静态或交变外场下的响应强烈地依赖于悬浮液中胶体颗粒周围的平衡双电层。无盐悬浮液的理论模型可以通过将非均匀尺寸效应和水偶极子的取向排序忽略在以前的平均场方法，这是基于泊松-玻尔兹曼方法。我们的模型包括非均匀的尺寸效应和水偶极子的取向有序似乎有相当有前途的效果，因为该模型可以预测的现象，如一个沉重的下降，相对介电常数的悬浮液和反分层附近的高电荷胶体颗粒。在这项工作中，我们数值计算得到的电势，反离子浓度和相对介电常数周围的带电粒子在浓缩无盐悬浮液校正的非均匀尺寸效应和取向有序的水偶极子。结果表明，这种修正的价值，中等到高的粒子电荷在每一个粒子的体积分数。我们的结论是，非均匀的尺寸效应和取向有序的水偶极子是必要的新的理论模型的发展，研究在浓胶体悬浮液中的非平衡特性。
2022-02-10 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Experimental evidence of the ferroelectric phase transition near the $λ-$point in liquid water
本文研究了以\sim 3- 10 nm为孔径的聚合硅酸盐MCM-41为载体的纳米液态水样品的介电性能。本文报道了用介电谱法在25 Hz-1 MHz频率下直接测量介电常数的结果，并证明了在接近λ点的温度下，在大块过冷水中存在明显的铁电性质的二级相变。所提出的结果支持先前开发的极性液体现象学，因此建立其适用性，在液态水模拟实际现象。
2011-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Liquid Water through Density-Functional Molecular Dynamics: Plane-Wave vs Atomic-Orbital Basis Sets
我们确定和比较结构，动力学和电子性质的液态水在附近的环境条件下，通过密度泛函分子动力学模拟，当使用平面波或原子轨道基组。在这两个框架中，电子结构和原子力的自洽确定在同一理论方案的基础上的非局部密度泛函占范德华相互作用。在这两个框架内实现的液态水的整体性质是非常一致的。因此，我们的研究支持平面波或原子轨道基组的实现产生等效的结果，可以不加区别地用于液态水或水溶液的研究。
2016-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Molecular dynamics simulation studies of 1,3-dimethyl imidazolium nitrate ionic liquid with water
对离子液体与水分子间相互作用的基本认识是预测离子液体性质的重要内容。采用量子力学（QM）和分子动力学（MD）模拟方法，研究了1，3-二甲基咪唑[DMIM]+和硝酸根[NO3]-与水分子间的相互作用和非共价相互作用.首先对分子二聚体进行了广泛的电子结构计算，使用各种水平的理论和基组来精确定位二聚体优化的几何形状并估计气相中的结合能。在6-311++G（d，p）基组下，对阳离子-阴离子对和阴离子-水对进行了大量的计算，得到了平面二聚体的几何构型。色散校正的交换相关泛函导致更有利的结合能为所有测试对相比，使用Moller-Plesset二阶微扰理论（MP2）获得的能量。接下来使用修正的多极可极化力场（PFF）进行分子动力学模拟。水对离子液体的热力学性质的影响进行了评估。热力学性质包括液体密度、过量摩尔体积和液体结构g（r）作为水浓度的函数。离子液体-水混合物的密度随着水浓度的增加而单调减小。一个负的过量体积得到低的水浓度证明强分子间相互作用的水与离子液体组分。离子液体-水混合物的液体结构揭示了当水浓度增加时阴离子与阳离子在较短的分子间距离处相互作用的趋势。
2022-06-08 physics.chem-ph
The Putative Liquid-Liquid Transition is a Liquid-Solid Transition in Atomistic Models of Water, Part II
本文扩展了我们早期对过冷水模型的密度和结晶序参量的自由能函数的研究，这使我们能够研究两种不同亚稳液相的可能性[J. Chem. Phys. 135，134503（2011）和arXiv：1107.0337v2]。计算了几种不同原子模型的低温可逆自由能表面：mW水，TIP 4P/2005水，SW硅和ST 2水，其中最后一个比较了三种不同的长程力处理。在每种情况下，我们表明，有一个稳定的或亚稳的液相，有一个冰状的晶体相。在这些系统中的结晶的时间尺度远远超过那些在过冷亚稳液体的结构弛豫。我们展示了这种在时间尺度上的广泛分离如何产生低温液-液转变的错觉。两个不同的液相的亚稳性的现象，实际上是粗化的有序的冰状相，我们阐明使用分析理论和计算机模拟。对于后者，我们描述了强大的方法计算可逆的自由能表面，我们认为静电边界条件的影响。我们表明，模型和边界条件的合理改变不会对这些系统的低温相行为产生质的变化，而只是状态方程的微小变化。另一方面，我们表明，改变采样时间尺度可以产生大的和定性的非平衡效应。最近的报告中的证据的液-液临界点在计算机模拟过冷水被认为是在这个光。
2013-05-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Liquid-liquid-like phase transitions between high, mid, and low density phases in confined water
过冷水的液-液相变是一个长期存在争议的问题。我们显示了真正的稳定的一级相变之间的高密度和低密度液体（HDL和LDL）的结构在受限的过冷水在正负压力的模拟结果。这些拓扑相变起源于分子交换被冻结后分子转动模式下的氢键网络有序化。这是解释的序参量依赖的自由能变化混合后的类液体和冰的氢键取向的部分，这是由他们的两个多体相互作用。这种未经探索的纯氢键取向驱动的拓扑相给出了具有高密度和低密度结构的中等密度和稳定的中间混合相。过冷水的相图显示了水的第二和第三临界点。
2020-06-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
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
Quantifying the liquid-liquid transition in cold water/glycerol mixtures by ih-RIDME
本研究利用新型EPR技术ih-RIDME量化冷冻水/甘油混合物相变后的摩尔组成，发现相组成几乎不受同位素平衡影响，并重新审视了玻璃化转变数据，展示了该技术在研究自旋标记大分子溶剂化壳层方面的潜力。
2025-09-10 cond-mat.soft physics.chem-ph q-bio.BM
Charge gradients around dendritic voids cause nanoscale inhomogeneities in liquid water
水是生命的基质，通常被认为是均匀的，均匀的液体。最近的实验表明，水是一种双态液体。然而，这些调查结果随后受到质疑。因此，水的结构以及我们是否应该认为它是均匀的仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们报告飞秒弹性二次谐波散射（fs-ESHS）的液体水相比，各向同性液体（四氯化碳），并表明水确实是一种非均匀的液体，相干fs-ESHS强度的解释，使用分子动力学模拟，所产生的电荷密度波动和随之而来的增强纳米级极化率周围的瞬态空隙具有300 fs的平均寿命。虽然空隙也存在于四氯化碳，他们没有氢键缺陷的特点，并没有表现出强烈的极化率波动，导致fs-ESHS的各向同性液体。在高于室温的较高温度下，空隙的数量增加，与fs-ESHS结果一致。因此，测量到的纳米尺度-飞秒不均匀性不一定与所提出的水的两态模型有关，而是强调了液态水的难以捉摸的性质，并且无疑对液态水中发生的任何类型的转变都有影响。
2022-04-26 physics.chem-ph
Liquid-liquid transition in water from first principles
水研究中一个长期存在的问题是过冷液体水可以经历液-液相变（LLT）成为高密度和低密度液体的可能性。我们使用了几种互补的分子模拟技术来评估LLT的可能性，在一个从头算神经网络模型的水训练密度泛函理论计算与SCAN交换相关功能。我们最终表明存在一个一阶LLT和相关的临界点的SCAN描述的水，代表第一个明确的计算证据LLT在水中的第一原则。
2022-11-02 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
A one-dimensional dipole lattice model for water in narrow nanopores
我们提出了一个最近开发的一维偶极晶格模型，准确地捕捉水在狭窄的纳米孔的关键属性。对于这个模型，我们推导出三个等价的表示的哈密顿量，一起产生一个透明的物理图片的能量的水链，并允许有效的计算机模拟。在电荷表象中，哈密顿量由偶极有序链段末端有效电荷的最近邻相互作用和类库仑相互作用组成。近似的基础上的电荷图片揭示了库仑类相互作用的纳米孔水的结构上的影响。我们使用蒙特卡罗模拟来研究系统行为的完整的哈密顿量及其近似的化学势和系统的大小的函数，并调查的双峰特性的密度分布发生在小系统的尺寸。
2009-02-18 physics.chem-ph physics.comp-ph
Roles of liquid structural ordering in glass transition, crystallization, and water's anomalies
液态是物质的基本和本质状态之一，但由于高密度导致的多体关联和缺乏长程序，对液态的物理理解远远落后于其他状态，如气体和固体状态。液体科学中重要的开放问题包括玻璃化转变、结晶和水的反常现象。奥斯汀·安吉尔对这些问题做出了巨大贡献，并提出了许多具有根本重要性的新概念。在这篇文章中，我们回顾了这些概念如何影响我们的工作液体物理，重点是液体结构有序的玻璃化转变，结晶和水的异常的作用。
2022-01-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.chem-ph
Size-Resolved Photoelectron Anisotropy of Gas Phase Water Clusters and Predictions for Liquid Water
我们报告的第一次测量的大小分辨光电子角分布的价轨道的水分子团簇与多达20个分子。一个系统的光电子各向异性的减少被发现的集群与多达5-6个分子，最显着的是，收敛的各向异性较大的集群。我们建议后者是一个本地的短程散射潜力，这是充分描述了一个单位的5-6个分子的结果。团簇数据和详细的电子散射模型被用来预测液态水的各向异性。合理的协议与实验液体射流数据。
2016-12-07 physics.chem-ph
Electric dipole moments of nanosolvated acid molecules in water clusters
用束偏转法测量了$(H_{2}O)_{n}DCl$（$n=3-9$）团簇的电偶极矩。偶极矩反映了体系内的（动态）电荷分布，提供了有关纳米级溶剂化微观结构的信息。在水分子团簇中加入DCl分子会导致磁化率的强烈增强。有证据表明，在$n\approx5-6$发生的偶极矩明显上升。这个大小与离子解离开始的预测是一致的。此外，分子动力学模型表明，即使有名义上结合的杂质，由于质子和水分子的热和零点运动，也会产生增强的偶极矩。实验测量和计算提请注意波动在定义水基纳米团簇的极性的重要性，一般的基本作用，由运动的影响，在现实条件下确定的响应fluxional纳米尺度系统。
2015-02-05 physics.atm-clus physics.chem-ph
Transferability of the chemical bond-based machine learning model for dipole moment: the GHz to THz dielectric properties of liquid propylene glycol and polypropylene glycol
本研究利用基于化学键的机器学习偶极模型，结合DFT验证和20纳秒轨迹，准确计算了液态丙二醇的介电函数，并证明模型可迁移至更长链的聚丙二醇，为通用键基偶极模型奠定基础。
2024-10-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Nuclear quantum effects in liquid water from path-integral simulations using an ab initio force matching approach
我们应用路径积分模拟，结合新的从头算水的潜力，研究核量子效应在液态水。由于直接从头算路径积分模拟在计算上是昂贵的，因此通过与基于密度泛函理论的分子动力学模拟的力匹配来参数化柔性水模型。由此产生的有效势提供了一个廉价的替代直接从头分子动力学模拟，并允许有效的模拟核量子效应。液态水在环境条件下的静态和动态特性和核量子效应，交换相关泛函和色散校正的作用进行了讨论，在再现液态水的实验性质。
2014-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Nanoparticle enhanced evaporation of liquids: A case study of silicone oil and water
蒸发是一种基本的物理现象，其中许多具有挑战性的问题仍然没有答案。液体的强化蒸发在某些场合具有巨大的实际意义。在这里，我们报告了通过分散纳米颗粒（包括CaTiO 3、TiO2和金红石TiO 2）来增强几乎永久稳定的硅油的蒸发。研究结果对纳米颗粒强化蒸发的原子级机理研究以及石油污染治理和污水回用的蒸发控制技术的探索具有一定的启发意义。
2012-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Beyond the Electric Dipole Approximation: Electric and Magnetic Multipole Contributions Reveal Biaxial Water Structure from SFG Spectra at the Air-Water Interface
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
本研究通过引入基于模拟的框架，揭示了空气-水界面水结构的双轴有序，利用多极贡献的定量分析改进了SFG光谱的解释。
2026-01-14 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Solvent-mediated interactions between nanostructures: from water to Lennard-Jones liquid
溶剂介导的相互作用产生于复杂的机制，取决于溶质的结构，其润湿性能和液体的性质。虽然许多研究都集中在前两个影响，在这里，我们比较了水和Lennard-Jones液体的结果，以揭示溶剂介导的相互作用在多大程度上是普遍的液体的性质。除了液体的影响，结果与经典的密度泛函理论和蛮力分子动力学模拟，使我们能够对比这两种数值技术。
2018-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spin states of para-water and ortho-water molecule in gas and liquid phases
研究了水分子在气态和液态下的自旋自由度，为水自旋异构体的长期行为这一悬而未决的问题提供了合理的答案。所用的方法涉及到一个假设，即分子改变其自旋状态从一个纯态到一个混合的，当它们与某种吸附剂表面相互作用。运用了量子信息处理的一些模型和概念。
2009-09-23 physics.chem-ph quant-ph
Entropy-driven liquid-liquid separation in supercooled water
20年前，Poole等人（Nature 360，324，1992）提出，过冷水的异常性质可能是由临界点引起的，该临界点终止了低密度水和高密度水的液-液分离线。在这里，我们提出了一个明确的热力学模型基于这个假设，它描述了所有可用的实验数据过冷水具有更好的质量和更少的可调参数比任何其他模型建议到目前为止。低温下的液态水被看作是两种具有不同熵和密度的分子结构的“无热溶液”。替代水的流行模型，其中液-液分离由能量驱动，在无热的双态水中的相分离由增加压力时的熵驱动，而临界温度由“反应”平衡常数定义。特别是，该模型预测的位置的密度最大值在一个接近恒定的分数（约0.12）的低密度结构的轨迹。
2017-08-11 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Comment on "Spontaneous liquid-liquid phase separation of water" by T. Yagasaki, M. Matsumoto and H. Tanaka, Phys. Rev. E 89, 020301 (2014)
Yagasaki等人从分子动力学轨迹中展示了冰的粗化，他们将其解释为液态水的两个不同的过冷相之间短暂共存的证据。我们指出，两种不同的液体，也没有证明在这个模拟研究的临界性。相反，所示的轨迹与其他人在早期作品中分析和预测的粗化行为一致。
2014-07-21 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
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
Electric dipole moments of nitric acid-water complexes measured by cluster beam deflection
用静电偏转分子束研究了硝酸分子HNO 3（H2O）_{n=1-10}包埋的水分子团簇。我们观察到大的顺电极化率，大大超过了电子的极化率，揭示了永久偶极矩的贡献。从数据得出的时刻也显着高于纯水团簇。在n= 5，6的磁化率的增强和在n=6时簇丰度的增加表明溶剂化酸分子解离成离子发生在该尺寸范围内。
2009-10-08 physics.atm-clus physics.chem-ph
Balancing Local Order and Long-Ranged Interactions in the Molecular Theory of Liquid Water
在计算机模拟TIP3P液态水模型的基础上，对液态水的分子理论进行了识别和研究。这一理论对于分子间相互作用在有限空间范围外消失的液态水模型是精确的，因此为研究更长范围的分子间相互作用的影响提供了精确的分析工具。我们展示了如何通过准化学理论引入局部秩序。长程相互作用的特点一般是结合能的条件分布，这种提法被解释为一个正规化的原始统计热力学问题。这些结合能分布的液态水被观察到是单峰的。高斯近似提出的是非常成功的预测吉布斯自由能和摩尔熵的液态水，通过比较判断与数值精确的结果。剩下的差异是微妙的定量问题，对区分水和许多其他液体的热力学性质有重要影响。液态水的基本微妙之处在于几种效应的竞争，为了得到真实的结果，必须在数量上加以平衡。
2007-07-07 physics.bio-ph physics.chem-ph
Dissociation of Liquid Water on Defective Rutile TiO2 (110) Surfaces Using Ab-Initio Molecular Dynamics Simulations
为了全面了解水在TiO 2表面解离的热力学和动力学，采用从头算分子动力学模拟研究了水与金红石型TiO 2（110）表面的反应.结果表明，水在金红石（110）表面上的自由能垒（~ 4.4kcal/mol）过高，不可能在低温下自发离解。金红石（110）表面最稳定的氧空位（Vo 1）不能促进水的解离，而其他不稳定的氧空位能显著提高水的解离速率。这与一般理解相反，即Vo 1缺陷是水解离的活性位点。此外，我们发现，水的解离是一个放热反应，这表明，解离状态的吸附水是有利的，无论是完美的和有缺陷的金红石（110）表面。水的解离吸附也可以增加TiO 2的亲水性。
2018-03-28 physics.chem-ph
Experimentally Probing the Libration of Interfacial Water: the Rotational Potential of Water is Stiffer at the Air/Water Interface than in Bulk Liquid
液态水的大多数性质是由它的氢键网络决定的。因为形成水界面需要终止该网络，所以人们可能期望界面水的分子水平性质与本体水显著不同。有趣的是，许多先前的实验和理论工作已经发现，从它们的时间平均结构和皮秒结构动力学的角度来看，在空气/水界面处的氢键结合的OH基团与在大量液态水中的氢键结合的OH基团的行为相同。在这里，我们报告的第一个实验观察界面水的天平动（即受抑旋转）使用基于激光的技术振动和频光谱。我们发现这种模式的频率为834 cm $^{-1}$，比相同温度下的散装液态水高$\approx 165$ cm $^{-1}$，与散装冰相似。由于振动频率与水的旋转势的刚度成比例，因此这种增加表明在空气/水界面处终止本体水的氢键网络的一个效果是阻碍水围绕完整的氢键的旋转。由于在散装液态水的天平动起着关键作用，在稳定反应中间体和耗散多余的振动能量，我们希望能够探测这种模式在界面水在水界面的非均相反应的动力学打开新的视角。
2017-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nature of proton transport in a water-filled carbon nanotube and in liquid water
用从头算路径积分分子动力学（PIMD）方法研究了质子在液态水和碳纳米管中的输运。在每种情况下，当量子核效应（QNEs）被占观察到的无势垒质子转移。这两个系统之间的关键区别在于，在纳米管中，通过水分子的有利预对准来促进简易PT，而在本体液体中，在PT之前需要水溶剂重组。量子过剩质子在几个相邻的水分子上离域，以及不同水合状态之间的连续相互转换，这表明，与液态水一样，限制下的水合质子最好描述为流动缺陷，而不是任何单独的理想化水合状态，如Zundel，Eigen或所谓的线性H7O3+复合物。这些发现突出了QNE在中等强度氢键（HB）中的重要性，并解释了为什么H+通过纳米通道的扩散受到的阻碍比其他阳离子少得多。
2014-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Field-Induced Tunneling Ionization and Terahertz-Driven Electron Dynamics in Liquid Water
液态水在环境温度下显示出超快的分子运动和伴随的非常强的电场的波动源自偶极H2O分子。我们表明，这种随机的分子间场诱导隧道电离的水分子，这成为不可逆的，如果外部太赫兹（THz）脉冲施加一个额外的定向电场的液体。时间分辨的非线性太赫兹光谱图电荷分离，运输和本地化的几个皮秒的时间尺度上释放的电子。高度极化的局域电子改变了水的太赫兹吸收光谱和折射率，这是高度非线性响应的表现。我们的研究结果表明，如何相互作用的局部电场波动和外部电场允许在水溶液系统中的转向电荷动力学和介电性能。
2020-08-24 physics.chem-ph
Structural, Electronic, and Dynamical Properties of Liquid Water by ab initio Molecular Dynamics based on SCAN Functional within the Canonical Ensemble
采用SCAN元-GGA泛函近似，对正则系综中的液态水进行了从头算分子动力学（AIMD）模拟，并与GGA水平的PBE泛函和包含PBE泛函的Tkatchenko-Scheffler van der Waals（vdW）色散修正的结果进行了系统的比较.我们分析了液态水的各种性质，包括径向分布函数，氧-氧-氧三重态角分布，四面体，氢键，扩散系数，环统计，态密度，带隙和偶极矩。我们发现，扫描功能通常是更准确的比其他两个功能的液态水，不仅捕获的中程VDW相互作用，但也减轻了PBE模拟中规定的过于强大的氢键。我们还比较了基于扫描的AIMD模拟的结果在典型的等温等压合奏。我们的研究结果表明，SCAN提供了一个可靠的描述大多数结构，电子和动力学性质的液态水。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
First observation of electric-quadrupole infrared transitions in water vapour
红外辐射的分子吸收通常是由于振转电偶极跃迁。电四极跃迁仍然可能发生，但它们通常比电偶极跃迁弱一百万倍，使它们的观测极具挑战性。在多原子或极性双原子分子中，从未观察到振转四极跃迁。在这里，我们报告的第一个直接检测四极跃迁的水蒸气。探测到的四极线的强度大大高于光谱数据库的标准偶极强度截止值，因此对于精确的大气和天文遥感非常重要。
2020-01-09 physics.chem-ph
Liquid-liquid transition in supercooled aqueous solution involving a low-temperature phase similar to low-density amorphous water
在1960- 70年代发现的过冷水物理性质的惊人异常仍然没有完全理解，因此在理论家之间提供了争议的来源，并刺激实验学家和模拟器寻找穿透“结晶幕”的新方法，有效地屏蔽了问题的解决方案。最近，一个新的门的问题是打开显示，在理想的解决方案中，使用离子液体溶质，水的异常不破坏早期发现的普通盐和大多数分子溶质，而是被增强到沉淀一个明显的一级液-液转变的点。证据是在冷却过程中表观热容的峰值，在任何冰结晶的迹象出现之前，在重新加热过程中可以完全逆转。在这里，我们使用双振荡器红外光谱来定义这种现象的结构特征，使用类似的向下和向上扫描速率在量热研究。薄膜样品也允许慢扫描（1 K/min），其中过渡的宽度小于1 K，并且是完全可逆的。OH光谱在相变温度下不连续地变化，表明氢键结构的离散变化。光谱的变化表明，低温液体是更强的氢键和更少的无序相比，高温液体。低温液体的光谱基本上是在低密度无定形水中看到的。这种相似性表明，这里观察到的液-液转变也存在于纯净的过冷水中，为许多异常现象提供了统一的解释。
2016-05-29 physics.chem-ph
Rotational Memory Function of SPC/E water
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本文通过计算SPC/E水单偶极子旋转和整体偶极矩的记忆函数，验证了介电光谱理论中单粒子和集体弛豫时间的关联，并表明短记忆时间支持旋转扩散模型用于描述水分子偶极矩动力学。
2026-01-15 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Recent achievements in ab initio modelling of liquid water
新开发的第一性原理建模技术应用于液态水，加深了我们对其不寻常的宏观性质和行为的微观起源的理解。在这里，我们回顾了两个新的从头计算方法：第二代Car-Parrinello分子动力学和基于绝对定域分子轨道的分解分析。我们表明，这两种方法相结合，不仅使从头计算分子动力学模拟以前无法访问的时间和长度尺度，但也提供了前所未有的洞察水分子之间的氢键的性质。我们讨论了最近的应用这些方法的水团簇和散装水。
2013-03-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Toward a universal water model: First principles simulations from the dimer to the liquid phase
一个全维的水分子模型，HBB 2-波尔，完全来自第一性原理，介绍和采用计算机模拟范围从二聚体的液体。HBB 2-pol提供了良好的协议与测得的第二和第三维里系数，并通过建设，再现二聚体的振动旋转隧道光谱。该模型还预测了高度相关的电子结构方法的准确性内的小水团簇的异构体之间的相对能量差。重要的是，当与明确包括零点能量和量子热运动的模拟方法相结合时，HBB 2-pol准确地描述了液相的结构和动力学性质。HBB 2-pol量子模拟的预测能力为长期寻求的在不同条件和不同环境下对水的分子水平理解打开了大门。
2012-10-25 physics.chem-ph
Observation of intermolecular Coulombic decay in liquid water
我们报告的第一个观察分子间库仑衰变（ICD）在液态水的内价电离。通过将单色化的桌面高次谐波源与液体微射流相结合，我们记录了在两个光子能量下的电子-电子符合光谱，其识别ICD电子，以及来自液态水的2a 1内价带的光电子。我们的研究结果证实了ICD作为大量液态水中低能电子来源的重要性，并为模拟被认为在水环境中主导辐射损伤的慢电子的速度分布提供了定量结果。
2022-02-21 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.chem-ph
Importance of nuclear quantum effects on the structure of supercooled water around its liquid--liquid critical point
Center for Advanced Systems Understanding (CASUS)（先进系统理解中心）；Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Paderborn University（帕德博恩大学）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）
研究通过比较经典分子动力学和路径积分分子动力学模拟，探讨核量子效应如何影响超冷却水液-液相变的结构特征。
2026-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular interpretation of the non-Newtonian viscoelastic behavior of liquid water at high frequencies
利用经典的和从头计算的分子动力学模拟，我们计算了纯水和水-甘油混合物的频率依赖性剪切粘度。与最近的实验一致，我们发现在太赫兹制度的牛顿流体行为的偏差。基于Maxwell模型的扩展，我们引入了一个粘弹性模型来描述所观察到的纯水粘度谱。我们发现四种弛豫模式的频谱，我们归因于i）氢键网络拓扑结构的变化，ii）氢键的水对的伸缩振动，iii）集体振动的水分子三重态，和iv）librational激发的单个水分子。我们的模型定量描述了液体水的粘弹性响应在短时间尺度上，通过牛顿流体模型的流体动力学描述打破。
2020-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cavity molecular dynamics simulations of liquid water under vibrational ultrastrong coupling
我们用经典的分子动力学模拟模拟了液态水的强振动耦合（VSC）和超强耦合（V-USC）。当腔模与液态水的O-H伸缩模共振耦合时，红外光谱出现不对称拉比分裂。根据腔模式的频率，下极化激元（LP）可以相对于上极化激元（UP）被抑制或增强。此外，尽管在垂直超临界和垂直超临界下水分子的静态性质和平移扩散没有发生变化，但我们发现H $_2$ O分子的取向自相关函数发生了变化，特别是在垂直超临界下，这可能在基态化学中发挥作用.
2020-06-10 physics.chem-ph physics.optics
Reverse Monte Carlo modeling of liquid water with the explicit use of the SPC/E interatomic potential
反向蒙特卡罗模拟液态水，一个中子和一个X射线衍射数据集的基础上，也适用于最流行的原子间的潜力，SPC/E，水，已执行。SPC/E水分子的严格刚性几何必须稍微放松，以便能够产生与两组实验数据的良好拟合。在最终的颗粒配置，规则形状的水分子和直氢键角被发现是一致的衍射结果。它已被证明，明确使用RMC中的原子间相互作用势在未来的水和水溶液的结构建模中发挥作用。
2017-01-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A coarse-grained deep neural network model for liquid water
我们介绍了一种用于液态水的粗粒度深度神经网络模型（CG-DNN），该模型利用50个旋转和平移不变坐标，并专门针对约30，000种散装水配置的能量进行训练。我们的CG-DNN势准确地预测了水的能量和分子力;在0.9 meV/分子和54 meV/埃的参考（粗粒键序势）模型内。CG-DNN水模型还提供了对液态水的几种结构、热力学和温度相关性质的良好预测，其值接近于从参考模型获得的值。更重要的是，CG-DNN捕获了实验中观察到的众所周知的液态水密度异常。我们的工作为一个方案奠定了基础，在该方案中，可以利用现有的经验水模型来开发完全灵活的神经网络框架，该框架随后可以针对来自高保真但昂贵的超越DFT计算的稀疏数据进行训练。
2019-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
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
Imaging of chemical kinetics at the water-water interface in a free-flowing liquid flat-jet
我们提出了化学动力学测量鲁米诺氧化化学发光反应在两种水溶液之间的界面，使用液体喷射技术。自由流动的液体微射流是一个相对较新的发展，已发现其在光谱学和动力学越来越多的应用。当两个圆柱形液体射流交叉时，获得其变体，称为平射流，导致流动液体的平面叶状结构的链。我们在这里表明，在这个链的第一叶的流体不表现出湍流混合，提供了一个干净的界面之间的液体从冲击射流。我们还表明，使用鲁米诺化学发光反应的例子，如何使用这种设置可以用来获得动力学信息，从无摩擦流动和规避快速混合的要求，但故意抑制所有的湍流混合，而不是依靠扩散。
2022-01-13 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Electrical Indicator of Imminent Freezing in Supercooled Water
数据表明，电活动和偶极排列在过冷水和重水冻结开始之前和之后的证据。已记录到高达13 mV的电压信号。在某些情况下，在潜热释放和冻结开始之前长达3秒。电压信号的极性暗示了冷冻前的分子偶极排列。
2002-04-02 physics.chem-ph physics.gen-ph
Electronic Structure of Liquid Water and a Platinum Surface
采用多体微扰理论在G-$_0$-W-$_0$近似下计算了由$ab~ initio$分子动力学产生的液态水/Pt（111）界面上的分子轨道能级排列。分子轨道能级取决于H $_2$ O分子在液体内相对于表面的位置和它们的局部键合环境的细节。标准的密度泛函理论计算与多体微扰理论预测的能级排列在性质上不一致。
2014-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
