Structural and dynamical properties of nanoconfined supercooled water
大量的水呈现出大量的结晶冰和无定形冰。已知疏水性纳米限制会影响水形成冰的趋势并降低融化温度。然而，在纳米约束的冰相的系统研究是阻碍了在非常低的温度下模拟的计算成本。在这里，我们开发了一个粗粒度的模型，在疏水纳米约束的水单层和研究冰的形成蒙特卡罗模拟。我们发现两个冰相：低压下的低密度结晶冰和高压下的高密度六角冰，即液态冰和高密度结晶冰之间的中间相。
2011-02-14 cond-mat.soft
Extracting ice phases from liquid water: why a machine-learning water model generalizes so well
我们研究了液态水和53种冰之间的结构相似性，包括20种已知的结晶相。我们基于这样的相似性比较的局部环境，包括在一定的截止半径的中心原子的原子。我们揭示了液态水探索不同冰相的局部环境，通过使用一般原子描述符直接比较这些相的环境，并且还通过证明仅在液态水上训练的机器学习潜力可以预测密度，晶格能和振动特性。发现的局部环境特征的不同冰相在水中发现揭示了水相的行为，合理化的水模型之间的可移植性不同阶段。
2020-06-23 cond-mat.soft physics.comp-ph
Localization of water monomers inside ice-like clusters
实验数据的基础上，我们建议，水单体可以被困在通过在水中的冰状集群运行的通道。我们的论证依赖于一个简单的模型，该模型描述了在线性梯度电场存在下，通道内偶极粒子的运动。该模型承认有限和无限的运动制度，使有限的一个可以对应于被限制在一个通道的粒子。
2012-04-04 cond-mat.soft
Scaling relation for the bond length, mass density, and packing order of water ice
水和冰中分子的堆积顺序和相邻氧原子之间的距离（dOO）是最基本但令人困惑的。在这里，我们提出了一个缩放解决方案，用于此目的的基础上，只有质量密度（gcm-3），（方程）其中dL是长度（π）的O：H范德华键和dH的H-O极性共价键投影在O--O线。通过测量的压缩冰的质子对称性，水和冰的dOO，以及dOO在水面上的膨胀，该解决方案证实了波动，四面体配位结构是唯一的水冰。
2013-05-18 cond-mat.soft physics.chem-ph
Premelting-Induced Smoothening of the Ice-Vapor Interface
我们进行计算机模拟的准液体层的冰形成在冰Ih-液体-蒸汽三相点的水的冰-蒸汽界面。我们的研究表明，两个不同的表面界定膜行为在小波长的原子粗糙和独立的冰-水和水-蒸汽界面。然而，对于长波长，两个表面耦合，大规模的平行波动被抑制，并且冰-蒸汽界面变得光滑。我们的研究结果可以帮助解释冰微晶的复杂形态。
2016-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structure order, local potentials, and physical anomalies of water ice
氢键形成一对非对称的、耦合的、H桥的、具有超短程相互作用和记忆的振子。氢键协同弛豫和相关的束缚电子捕获和非键电子极化将水和冰与其他常见的物理异常物质区分开来。作为一个强相关的波动系统，水更喜欢统计平均的四面体配位结构与超固体皮肤是弹性的，极化的，冰状的，疏水的，与3/4的密度。
2014-07-11 cond-mat.soft
Interface limited growth of heterogeneously nucleated ice in supercooled water
非均质冰的生长表现出最大的冻结速率之间的竞争所产生的动力学和热力学驱动力之间的固体和液体状态。在这里，我们使用分子动力学模拟来阐明这种竞争的原子的细节，专注于沿二次棱柱方向的界面区域中的水的性质。当将界面水分子转化为冰的效率（统称为附着动力学）最大时，晶体生长速度最大化。我们发现，在沿着原子粗糙表面的凹进区域中接触中间冰层的水分子更有可能直接冻结。在大的过冷度下，固体表面的粗糙度增加，因此对冰的生长速率起着重要的限制作用，因为水分子无法整合到越来越深的表面口袋中。这些结果提供了深入了解的分子机制，在许多生物和大气过程中是重要的固相自组装。
2013-12-30 cond-mat.soft
A simulation study of homogeneous ice nucleation in supercooled salty water
我们使用计算机模拟研究盐对均质冰成核的影响。所用溶液模型的熔点通过直接共存模拟和来自水化学势的先前计算的热力学积分获得。使用播种的方法，其中我们模拟嵌入在过冷水溶液中的冰种子，我们计算的成核率作为温度的函数为1.85摩尔NaCl每公斤水溶液在1巴。为了提高我们的计算的准确性和可靠性，我们结合播种与直接计算的冰-溶液界面自由能共存，使用模具集成方法。我们将结果与以前的纯水模拟工作进行比较，以了解溶质所造成的影响。该模型捕捉到的实验趋势，即在给定的过冷度的形核速率下降时，添加盐。尽管冰成核的热力学驱动力对于给定的过冷度对于盐水是较高的，但是由于冰-流体界面自由能的显著增加，成核速率随着盐而减慢。盐水模型预测的冰成核率与实验测量结果吻合较好，使模型的预测能力的信心。
2017-10-10 cond-mat.soft
Electron Scattering in Liquid Water and Amorphous Ice: A Striking Resemblance
缺乏准确的低能电子散射截面的液态水是一个重大来源的不确定性，在模拟辐射化学和生物学。使用现有的无定形冰散射截面缺乏液体数据已经讨论了几十年的争议。在这里，我们比较实验的液态水的光电发射数据与相应的预测使用无定形冰截面，解决争论的目的是在液态水和无定形冰的电子散射的差异。我们发现，对于高达几百电子伏的电子动能，液体和冰的散射特性非常相似。这里推荐的液态水的散射截面是无定形冰截面的延伸。在目前可用的实验数据的框架内，我们的工作回答了关于液态水中电子散射的最有争议的问题之一。
2020-05-19 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effects of van der Waals forces and salt ions on the growth of water films on ice and the detachment of CO$_2$ bubbles
本文研究了盐对融冰润湿膜厚度的影响，以及盐与冰-水界面和汽-水界面附近CO $_2$气泡的相互作用。控制机制是各自的三层几何形状中的Lifshitz和双层相互作用。我们证明，后者依赖于Casimir-波尔德相互作用的盐离子溶解在水中的冰，蒸汽和CO $_2$接口，使用不同的模型计算其在水中的有效极化率。对于不同的盐离子，当使用不同的离子极化率模型时，观察到平衡水膜的预测厚度的显着变化。结果表明，CO $_2$气泡在冰-水界面处被吸引，在汽-水界面处被排斥
2016-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Note: Stokes-Einstein relation without hydrodynamic diameter in the TIP4P/Ice water model
本文证明了TIP4P/Ice水模型的自扩散和剪切粘度数据遵循无流体动力学直径的Stokes-Einstein关系的微观版本。
2023-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
X-ray absorption signatures of the molecular environment in water and ice
用电子空穴激发的多体方法计算了水和冰的X射线吸收谱。实验的特点，包括在液体中的温度变化的小的影响，从从头计算分子动力学产生的分子构型定量再现。固体和液体之间的光谱差异是由于两个主要的短程有序效应。一种是由于氢键的断裂，增强了液体中的前边缘强度。另一个是由于第一配位层中的非键合分子部分，影响冰转化为水的主要光谱边缘。这种效应可能不涉及氢键断裂，如高密度无定形冰的实验所示。
2009-09-21 cond-mat.soft
Enhanced heating of salty water and ice under microwaves: Molecular dynamics study
利用分子动力学模拟，研究了2.5 GHz微波电场对盐水和冰的加热过程，并对2.5-10 GHz微波的频率依赖性进行了研究。我们表明，在盐冰中的水分子被允许旋转响应微波电场的程度相当于那些在纯水中，因为盐冰中的分子是松散的氢键与相邻的分子不同的情况下，刚性结合的纯冰。盐冰中氢键网络的弱化主要是由盐离子的静电效应而不是盐离子的短程几何效应（原子尺寸）引起的，因为小半径的盐离子的存在导致类似的加热增强。
2008-08-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Can xenon in water inhibit ice growth? Molecular dynamics of phase transitions in water$-$Xe system
最近的实验表明，作为低温保护剂的惰性气体的承诺的动机，我们进行分子动力学建模的相变在水中与氙气冷却。我们研究了氙水溶液的结构和动力学随温度的变化。笼形水合物相的均匀成核观察和表征。随着温度的进一步降低，我们观察到由于更强的疏水水化的笼形物的解离的暗示，指向一个可能的不稳定性的笼形物在低温下和转化为一个无定形相组成的“氙+水化壳”$\cdot$（H $_{2}$ O）$_{21.5}$集群。冰$-$氙溶液界面在平衡和冰生长过程中的模拟揭示了氙对冰$-$液体界面的影响，其中吸附的氙导致冰表面粗糙化，但不优先形成包合物。这些结果提供了证据，对氙低温保护的冰阻断机制。
2014-07-11 cond-mat.soft physics.chem-ph
Cold self-lubrication of sliding ice
本研究通过冰界面分子模拟提出，冰表面的自润滑主要来自冷态位移驱动的非晶化，而非热力学熔化，并阐明低摩擦还需疏水界面或过量水条件。
2025-06-12 cond-mat.soft
Ephemeral ice-like local environments in classical rigid models of liquid water
尽管在过去的50年里做出了巨大的努力，但水的模拟仍然面临着重大的挑战和悬而未决的问题。在室温和压力下，水分子的集体分子相互作用和动力学可以形成局部结构排列，这些排列对于分类来说是不平凡的。在这里，我们采用了一种基于原子位置平滑重叠（SOAP）的数据驱动方法，使我们能够比较和分类广泛使用的经典模型如何代表液态水。宏观上，所得到的结果是合理的水热力学观测值的基础上。在微观上，我们直接观察到如何瞬态冰状有序环境可能动态/统计地形成在液态水，甚至在冻结温度以上，通过比较SOAP光谱不同的冰结构与模拟的液体系统。这证实了最近的从头计算为基础的计算，但也揭示了如何出现短暂的局部冰状环境中的液体水在室内条件下可以捕获的经典水模型。
2022-04-14 cond-mat.soft physics.chem-ph
Nano-confinement induced nucleation of ice-VII at room temperature
本文利用针尖增强拉曼光谱在室温亚纳米限域条件下直接观测到水纳米弯月面中冰-VII的体心立方DDAA氢键网络，并发现其优先形成于受限水内部，揭示了极端限域下水的普遍成冰特性。
2024-11-20 cond-mat.soft
Phase boundaries, nucleation rates and speed of crystal growth of the water-to-ice transition under an electric field: a simulation study
我们用计算机模拟研究了施加电场对水-冰相变的影响。我们使用最先进的模拟技术相结合，以获得相界和晶体生长速率（直接共存），成核率（播种）和界面自由能（播种和模具集成）。首先，我们考虑冰Ih，在没有场的情况下最稳定的多晶型。它的正常熔化温度，晶体生长速度和成核速率（对于给定的过冷度）随着磁场强度的增加而减小。然后，我们研究了极化立方冰，或冰Icf，在强电场下最稳定的固相。它的正常熔点上升的领域，并为一个给定的过冷度，在研究领域（0.3 V/nm）冰Icf成核和成长在一个类似的速度为Ih没有字段。磁场的净效应是，冰在较温暖的温度下成核，但以冰Icf的形式。这项工作的主要结论是，合理的电场（不足以打破水分子分开）是不相关的背景下均匀的冰成核在1巴。
2018-04-05 cond-mat.soft
Nuclear Quantum Effects on the Electronic Structure of Water and Ice
本文利用机器学习势、多体微扰理论及路径积分模拟，揭示核量子涨落通过增强冰中质子离域，使其基本带隙重整化大于液态水并令二者带隙相近。
2024-05-10 cond-mat.soft physics.chem-ph
Quasi-one-dimensional hydrogen bonding in nanoconfined ice
本研究利用机器学习驱动的第一性原理模拟，发现纳米受限冰中存在偏离传统冰规则的准一维氢键新结构，揭示了氢键与范德华作用的特殊耦合及其引发的非典型质子行为。
2024-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microwave Heating of Water, Ice and Saline Solution: Molecular Dynamics Study
为了研究2.5- 20 GHz微波加热水的过程，我们采用非极化水模型，在刚体分子上带有固定点电荷，进行了分子动力学模拟。所有试验均从具有给定密度和温度的I $_{c}$冰的平衡状态开始。在存在微波的情况下，液态水的分子表现出旋转运动，其平均相位延迟于微波电场。微波能量被转换为水的动能和分子间能量，其中三分之一的吸收的微波能量被存储为后者的能量。由于水分子紧密的氢键网络，冰相的水几乎不被微波加热。在纯水中加入少量的盐，由于大尺寸负离子的晃动导致水网络中的缺陷而减弱，从而大大增加了加热速率。
2006-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
An Investigation of Laboratory-Grown "Ice Spikes"
我们已经研究了10-50毫米长的“冰钉”的形成，当水凝固时，冰钉有时会出现在水的自由表面。通过在不同条件下冷冻水，我们测量了冰钉形成的概率作为以下因素的函数：1）冷冻室中的空气温度，2）冷冻室中的空气运动（其促进蒸发冷却），3）水中溶解的盐的量，以及4）冷冻容器的尺寸、形状和组成材料。我们发现，当空气温度接近-7摄氏度，水是纯净的，冷冻室中的空气是流动的时，冰穗形成的可能性最大。即使是少量的溶解固体也会大大降低冰峰形成的可能性。在最佳条件下，普通冰块托盘中大约一半的冰块会形成冰钉。在这些观测的指导下，我们研究了巴利-多尔西冰钉形成模型。在这个模型中，凝固过程中的密度变化迫使过冷水通过中空的冰管，在那里它在边缘冻结以延长管。我们认为，水中任何溶解的固体都倾向于集中在生长的冰钉的尖端，并抑制其生长。这可以定性地解释观察到的冰钉不容易形成使用水含有甚至少量的溶解固体。
2003-10-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Homogeneous Ice Nucleation Rate in Water Droplets
为了预报云的辐射强迫，有必要知道冰在过冷水中均匀成核的速率。这种速率通常以滴为单位测量，以避免杂质的存在。在大的过冷小（纳米级）滴必须用于防止同时成核事件。根据拉普拉斯方程，这种液滴内部的压力大于大气压力。在这项工作中，我们考虑到这种压力上升，以预测液滴中的成核率使用TIP 4P/冰水模型。我们从最近对可用于每次过冷以避免同时成核事件的最大液滴尺寸的估计开始[Espinosa等人，J. Chem. Phys.，2016年]。然后，我们用拉普拉斯方程计算液滴内部的压力。最后，我们通过对我们先前针对1巴和2000巴的结果进行插值来获得作为过冷度的函数的速率[Espinosa等人，Phys. Rev. Lett. 2016]使用经典成核理论表达速率。这又需要内插冰水界面自由能和化学电势差。由此获得的TIP 4P/冰速率曲线与大多数基于液滴的实验非常一致。特别是，我们找到了一个很好的协议，使用纳米级滴进行测量，目前正在辩论中。模型与实验的成功比较表明，TIP 4P/Ice是研究水-冰相变的可靠模型，经典成核理论是理解水-冰相变的良好框架。
2020-03-05 cond-mat.soft
A common supersolid low-density skin sliperizing ice and toughening water surface
水和冰的表层具有相同的超固体属性，其特征在于相同的H-O振动频率为3450 cm-1。分子的配位不足和电子对间的排斥作用缩短了H-O键，延长了O：H非键，导致非键电子极化的双重过程。这种弛豫-极化过程增强了这些表皮的偶极矩、弹性、粘度和热稳定性，其中25%的密度损失是水表皮的疏水性和韧性以及冰的光滑性的原因。
2014-08-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
A study of the ice-water interface using the TIP4P/2005 water model
在这项工作中，我们研究了冰-水界面共存条件下的分子模拟使用TIP 4P/2005水模型。根据Hoyt及其同事提出的方法[J. J. Hoyt，M. Asta和A. Karma，物理学评论快报，86，5530，（2001）]我们通过分析界面毛细波动的频谱来测量冰与液态水的界面自由能。我们得到的取向平均界面自由能为27（2）mN/m，与最近从临界团簇尺寸的模拟数据[E.桑斯角维加，J.R.埃斯皮诺萨河Caballero-Bernal，J. L. F. Abascal和C. Valeriani，JACS，135，15008，（2013）]。我们还估算了不同平面的界面自由能，得到基面、主棱面和次棱面的界面自由能分别为27（2）、28（2）和28（2）mN/m。最后，我们检查了界面的结构，发现其厚度约为4-5个分子直径。此外，我们发现，当基面暴露于流体的界面交替区域的立方冰与六边形冰的区域。
2014-10-01 cond-mat.soft physics.chem-ph
A Supersolid Skin Covering both Water and Ice
自1859年Farady首次提出液体皮肤润滑冰以来，水和冰皮肤的神秘性质和功能仍然令人困惑。在这里，我们显示了存在的超固相，包括水和冰使用拉曼光谱测量和量子计算。在两个分子层厚的皮肤，分子配位不足缩短H-O键约16%，延长OH非键约25%，通过相邻的O原子上的电子对之间的排斥，这降低密度从0.92散装冰到0.75 gcm-3。O：H-O协同弛豫使H-O伸缩声子从3200/3150 cm-1硬化到3450 cm-1，并使两层的熔化温度提高到~310 K。数值导数的粘度和电荷积累表明，弹性，极化，热稳定的超固相，使冰无摩擦和水皮肤疏水性和冰一样，在室温下。
2014-01-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Lifshitz interaction can promote ice growth at water-silica interfaces
在空气-水界面，Lifshitz相互作用本身并不促进冰的生长。相反，我们发现，Lifshitz力促进了冰膜的生长，厚度可达1-8 nm，在水的三相点附近的二氧化硅-水界面。这是在一个系统中实现的，在该系统中，延迟和零频率模式的组合效应影响低温下的短程相互作用，这与通常的理解相反。在具有高孔隙度的二氧化硅中，Lifshitz光谱函数中的正贡献和负贡献之间的抵消是反向的。我们的研究结果为水如何在玻璃和其他表面上冻结提供了一个模型。
2017-04-05 cond-mat.other cond-mat.soft
Structural transformation in supercooled water controls the crystallization rate of ice
水的未解之谜之一是什么决定了它在冻结成冰之前可以冷却到的最低温度。实验上已经探测到过冷液体的均匀成核温度TH{ \approx }232 K附近，但冰结晶的机制-包括临界核的尺寸和结构-尚未解决。液态水的热容量和可压缩性在移动到过冷区域时根据幂律而急剧增加，该幂律将在Ts{ \approx }225 K（1，2）处发散，因此水的热力学异常与冰的结晶速率之间可能存在联系。但是探索这种联系是具有挑战性的，因为快速结晶阻止了对TH以下液体的实验研究。虽然原子论研究已经捕获了水结晶（3），但迄今为止所涉及的计算成本阻碍了对所涉及的速率和机制的评估。在这里，我们报告了粗粒度的分子模拟与mW水模型（4）在TH周围的过冷制度，这表明，四配位的分子在过冷液体水中的分数急剧增加解释了它的反常热力学，也控制了冰的形成速率和机制。模拟结果表明，水的结晶速率在225 K左右达到最大值，低于该温度，冰核的形成速度比液态水的平衡速度更快。这意味着液态水的亚稳态下限刚好低于TH，而远高于其玻璃化转变温度Tg{ \approx }136 K。通过提供液态水的结构转变、反常热力学和结晶速率之间的关系，这项工作为水的热力学决定冰的均匀成核速率的实验发现提供了微观基础。（五）
2011-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Two-phase Temperature Reconstruction in Ice-Water Systems
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Hokkaido University（北海道大学）；Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC)（日本海洋地球科学技术机构）
针对冰水系统中温度场解析的实验局限，提出基于物理的数据同化方法，耦合平流-扩散与冰传导重建温度场，可用于冰冻圈及工业相变过程研究。
2026-09-07 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Molecular dynamics of ice-active solutions at ice-water interfaces
本研究通过分子动力学模拟，探究了多种冰活性溶质对冰水界面及本体水结构、氢键动力学和摩擦系数的影响，发现离子溶质降低界面有序性，且仅DMSO和甲酸钠增加界面摩擦。
2025-08-05 cond-mat.soft physics.chem-ph
Water and Ice Dielectric Spectra Scaling at 0 °C
从质子电导率的角度考虑0 °C下水和冰的介电谱（10^4-10^11 Hz）并进行比较。在这幅图中，德拜弛豫中心在1/τ_W ~ 20 GHz（水中）和1/τ_I ~ 5 kHz（冰中），是分离电荷以H_3O ~+和OH ~-形式扩散的表现。电荷分离是由H2O分子的自解离引起的，并且伴随着复合以维持平衡浓度N。电荷复合是一个扩散控制的过程，水和冰的特征寿命分别为τ_W和τ_I。静态介电常数ε（0）仅由N决定。N和ε（0）在水-冰相变时大致恒定，并且随着温度降低，由于扩散速率减慢，两者都增加。在0 °C下，宽带介电谱从τ_W到τ_I的突变主要是由于电荷扩散激活能的突变（0.4eV）。
2013-08-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Is water ice an efficient facilitator for dust coagulation?
在原行星盘的雪线之外和分子云的致密核心内，气体的温度足够低，水蒸气在预先存在的难熔尘埃颗粒表面凝结成无定形冰。最近的数值模拟和实验室实验表明，在这样的寒冷地区，凝结的蒸汽促进灰尘凝结。然而，在数值模拟中，耐火材料的凝聚力往往被低估，而在实验室实验中，水蒸气与表面的碰撞比真实条件更频繁。因此，为了重新审视水冰在粉尘凝聚中的作用，我们充分利用接触力学和摩擦学中的适当理论，对水冰颗粒凝聚的现有数据进行了系统的调查。我们发现，大多数的实验数据是合理的，很好地解释了润滑理论，由于准液体层（QLL）的存在。唯一的例外是粒子在低温下的动态碰撞结果，这与JKR理论是一致的，因为QLL太薄而不能耗散它们的动能。考虑到原行星盘和分子云中的真空条件，在耐火颗粒表面形成无定形水冰并不一定像目前预期的那样有助于它们的碰撞生长。虽然雪线周围但外部的水冰的结晶使覆冰颗粒的凝结变得容易，但雪线内部的水冰的升华被认为有助于裸露的耐火颗粒的凝结。
2020-10-15 astro-ph.EP astro-ph.GA cond-mat.soft
Ice Surface Entropy Induction by Humidity or How Humidity Prompts Freezing
本文测量了空气中过冷水滴的表面能和冻结温度。我们发现，水滴的冻结是在水-空气界面处触发的，并且冻结在表面上比在体积中进展得更快。水滴的冰点受到空气干燥和湿度如何触发冻结的强烈抑制。此外，它被证明是一个表面现象有关的熵从水蒸气转移到冰的表面。
2015-09-22 cond-mat.other cond-mat.soft
Crystalline clusters in mW water: stability, growth, and grain boundaries
与水的mW模型的数值模拟，我们研究了冰I（立方和六角形冰）和亚稳冰0相作为集群大小的函数的结晶集群的能量稳定性。在各种各样的形成条件下，我们发现，最稳定的集群的变化作为一个功能的大小：在小尺寸的冰0相产生最稳定的集群，而在大尺寸有一个交叉冰我集群。我们进一步研究了晶种技术对晶体团簇生长的影响，并研究了不同晶种团簇的生长模式。虽然在小尺寸下能量稳定，但亚稳相（立方相和Ice 0）的生长受到相干晶界形成的阻碍。立方冰的五重对称孪晶界，以及冰0中新发现的相干晶界，促进了立方冰的交叉成核。我们的工作表明，不同的本地结构可以竞争的稳定相在mW的水，和特定的晶界的低能量成本可能会发挥重要作用，多晶型选择。
2019-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Role of dipolar correlations in the IR spectra of water and ice
我们报告模拟的氘代水和冰的红外光谱，使用Car-Parrinello分子动力学与最大局域化的Wannier函数。实验功能准确地再现内的谐波近似。通过分子内和分子间偶极关联函数的线形分解，我们发现，短程分子间的动态电荷波动与氢键是突出的在整个光谱范围。我们的分析揭示了几个光谱特征的起源，并确定在远红外范围内的网络弯曲模式。
2008-04-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Intermolecular forces at ice and water interfaces: premelting, surface freezing and regelation
使用Lifshitz理论，我们评估范德华力在冰和水的界面的作用。结合测量的结构力的结果，从计算机模拟开发的预熔膜的表面自由能的定量模型。这个输入是采用润湿理论的框架内，使我们能够定性预测准液体层厚度的行为作为环境条件的函数。我们的结果强调了蒸汽压的重要性。的冰蒸汽界面示出，表现出只有不完全的预融，但这种情况可以转移到一个完整的表面融化以上的水饱和度的状态。所获得的结果也服务于评估的作用，地下冻结在水蒸气界面，我们表明，分子间力有利于地下冰成核仅在水不饱和的条件下。我们表明，在环境压力下的冰再结晶可以解释为一个毛细管冻结的过程，而不需要调用的散装压力融化的行动。我们的范德华力的结果被利用，以衡量分散相互作用的经验点电荷模型的水。
2022-11-11 cond-mat.soft physics.ao-ph physics.app-ph
Dynamical mechanism of antifreeze proteins to prevent ice growth
藻类、昆虫和鱼类在低于正常冰点的温度下生存的迷人能力是由抗冻蛋白（AFP）实现的。这些是表面活性分子，与扩散的水/冰界面相互作用，从而防止完全固化。我们提出了一个新的动力学机制，这些蛋白质如何抑制水的冻结。我们应用Ginzburg-Landau型方法来描述两组分体系（冰，AFP）的相分离。自由能量密度涉及两个领域：一个是低AFP浓度的冰相，另一个是高AFP浓度的液态水。冰的时间演化揭示了在AFP存在下由相分离产生的微观结构。我们观察到一个更快的集群的前冰结构连接到一个锁定的晶粒大小的行动AFP，这是一个基本上是动态的过程。额外的水分子的吸附被抑制，冰粒的进一步生长停止。冰和水之间的界面能降低，允许AFP形成更小的临界冰核。与磁性材料中的磁滞现象类似，我们观察到一种热力学磁滞现象，导致凝固点降低与实验一致的非线性密度依赖性。
2014-07-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
