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
Optimal packing of polydisperse hard-sphere fluids II
我们考虑的后果，保持总表面固定的多分散系统的$N$硬球。与类似的模型（J. Zhang { \it等人}，J. Chem. Phys. { \bf 110}，5318（1999）），Percus-Yevick和Mansoori状态方程工作得很好，没有显示出击穿。对于高压蒙特卡罗模拟，我们显示了三个机械稳定的多分散晶体的单峰或双峰的粒度分布。
2000-04-27 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
Random close packing of polydisperse hard spheres
我们使用事件驱动的分子动力学算法研究硬球的堵塞配置作为压缩速度的函数。我们发现，在压缩过程中，压力密切遵循亚稳液体分支，直到系统被逮捕到玻璃态的弛豫时间超过压缩速度。进一步的压缩产生了一个堵塞的配置，可以被认为是无限的压力配置的玻璃状态。因此，我们发现，堵塞的填料的密度变化从0.638到0.658的多分散硬球和从0.635到0.645的纯硬球时，降低压缩率。这表明，系统失去平衡时的密度决定了系统在无限大压力下堵塞时的密度。此外，我们给出了准确的数据作为压缩率和尺寸多分散性的函数的干扰密度。
2009-03-24 cond-mat.soft
Competition between shape anisotropy and deformation in the ordering and close packing properties of quasi-one-dimensional hard superellipse fluids
本研究通过调节形变参数和纵横比，揭示准一维硬超椭圆流体中形状各向异性与形变对有序化及密堆积的竞争机制，发现密堆积指数仅依赖形变参数且具有普适性。
2025-10-07 cond-mat.soft
Fluctuations, structure factor and polytetrahedra in random packings of sticky hard spheres
在填充分数区间$0.329 < γ< 0.586$内对有序随机球填充进行了数值研究。为此，设计了快速运行的几何算法，以构建约300个聚集体，每个聚集体包含$10^6$球，这允许仔细研究局部波动并提高聚集体的对分布$P(r)$和结构因子$S(Q)$的计算精度。在各种参数（Voronoi曲面细分、接触协调数分布等）中，通过直接评估局部球数密度的波动来定量评估波动，其似乎遵循幂律。Voronoi盒体积的半高宽在整个填充率范围内呈现出规律性的变化。狄拉克峰出现在对关联函数的聚集体的包装分数的减少，表明越来越大的多面体的增长，这体现在两种方式上的结构因子，在低和大$Q$值。这些低PF聚集体具有由嵌入更无序基质中的规则多面体制成的复合结构。顺便说一句，建筑四面体的不规则性指数似乎是一个更好的参数比包装分数来描述骨料结构的各种功能。
2014-09-08 cond-mat.soft
Equivalence between random close packing in granular matter and freezing in the hard sphere model
在20世纪60年代，G.D.斯科特和J.D.伯纳尔人们曾多次尝试去理解这种填料。我们给出了一个简短的论点，最近的实验和模拟的基础上，这解释了包装在纯粹的几何术语。
2021-07-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimal packing of polydisperse hard-sphere fluids
我们考虑了分子间相互作用对占据固定总体积的$N$硬球的最佳尺寸分布的影响。当我们在Percus-Yevick近似下最小化这个系统的自由能时，我们发现在一个相当低的阈值（$η\thickapprox 0.260$）之外不存在解。蒙特卡罗模拟表明，超过这个密度，尺寸分布成为双峰。这样的分布不能在Percus-Yevick近似中重现。我们提出了一个理论论据，支持发生的非单调的大小分布，并强调有限尺寸效应的重要性。
1998-11-29 cond-mat.soft
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
Pushing the glass transition towards random close packing using self-propelled hard spheres
尽管半个多世纪前就提出了硬球的随机紧密堆积的概念，几乎普遍的堆积分数为~ 0.64，但仍然存在持续的争论。寻找密堆积的主要困难在于，在~ 0.58处具有超过玻璃化转变的堆积分数的状态本质上是非平衡系统，其中动力学随着结构弛豫时间随密度而发散而减慢;因此，无规密堆积是不可接近的。在这里，我们进行模拟的自我推进的硬球，我们发现，随着活动的增加，松弛动力学可以加快数量级。玻璃化转变转移到更高的包装分数后，增加的活动，使研究的球形包装与流体样的动力学在包装分数接近随机紧密包装。我们的研究开辟了新的可能性，调查致密包装和硬颗粒系统中的玻璃化转变。
2013-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Random Loose Packing in Granular Matter
本文介绍了一个二维颗粒物质在消失压力下的概率模型，并进行了数值模拟。该模型表现出一个完美的尖锐的随机松散的堆积密度，一种现象，应该是真实的颗粒物质验证。
2008-08-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comment on "Probing the equilibrium dynamics of colloidal hard spheres above the mode-coupling glass transition"
在信[PRL 102，085703（2009）]中，Brambilla等人声称在高于模式耦合理论（MCT）的临界填充分数的胶体硬球中观察到活化动力学。通过进行微观MCT计算，我们表明，在他们的系统中的多分散性转移的临界填充分数以上的值由van Megen等人确定的。对于较少的多分散性样品，数据与理论一致，除了，可能的，最高的填充分数。
2010-10-14 cond-mat.soft
A heuristic approach for the densest packing fraction of hard-sphere mixtures
在以前的工作中，提出了一种简单的方法来获得硬球混合物的堵塞包装分数的知识的随机密堆积分数的单组分系统。现在，该方法的扩展应用于提供一个近似的公式，对于给定的硬球混合物的致密填充分数的fcc致密填充分数的单组分硬球系统和一个单一的参数封装的依赖性的大小比和数量的球在晶胞。与最近的结果进行比较，这种致密的包装分数的二元和三元系统，并获得合理的协议。
2023-01-19 cond-mat.other cond-mat.soft physics.chem-ph
Minimal energy packings and collapse of sticky tangent hard-sphere polymers
我们列举了所有的最小能量包装（MEP）的小单线性和环状聚合物组成的球形单体与接触吸引力和硬核排斥，并比较它们相应的结果为单体包装。我们定义并确定了聚合物填料中的“分割面”，它减少了满足硬球和共价键约束的排列数量。与单体MEP相比，聚合物MEP更倾向于中间结构对称性而不是高对称性和低对称性。我们还研究了包装制备依赖于较长的单链使用分子动力学模拟。对于缓慢的温度淬火，链形成具有紧密堆积的核心的微晶。随着淬火速率的增加，芯尺寸减小，并且外部变得更加无序。通过研究接触数，我们连接到无序包装的等静压开始抑制结晶。这些研究代表了我们预测致密聚合物的结构和机械性能如何取决于塌陷动力学的能力向前迈出了重要的一步。
2010-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Granular packing as model glass formers
静态颗粒填料是模型硬球玻璃形成者。玻璃化转变的性质一直是一个激烈争论的问题。本文综述了近年来利用颗粒材料研究玻璃化转变的实验进展。我们专注于增长的玻璃秩序与五重对称性的颗粒填料和几何挫折和随机一阶相变理论的研究结果。
2016-12-28 cond-mat.soft
Can the packing efficiency of binary hard spheres explain the glass-forming ability of bulk metallic glasses?
我们进行分子动力学模拟压缩二元硬球堵塞包装作为压缩率$R$，尺寸比$α$，和小颗粒的数量分数$x_S$的函数，以确定之间的连接的玻璃形成能力（GFA）和包装效率在大块金属玻璃（BMG）。我们通过测量临界压缩率$R_c$来定义GFA，低于该压缩率，堵塞的硬球填充开始形成具有缺陷的“随机晶体”结构。我们发现，与$α\gtrsim 0.8$的系统不去混合，$R_c$强烈减少与$Δϕ_J$，作为$R_c \sim \exp(-1/Δϕ_J^2)$，其中$Δϕ_J$是在$R_c$的无定形包装和随机晶体结构的平均包装分数之间的差异。含有$α\lesssim 0.8$的体系部分解混，这促进了结晶，但我们仍然发现$R_c$和$Δϕ_J$之间有很强的相关性。我们发现，已知的金属-金属BMG发生在该地区的$α$和$x_S$参数空间的最低值的$R_c$二元硬球。我们的研究结果强调，最大限度地提高GFA在二元系统中涉及两个竞争的影响：最小化$α$，以提高包装效率，而最大化$α$，以防止分层。
2014-04-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Crystallization of self-propelled hard-discs : a new scenario
我们的实验研究的结晶单层的振动盘与内置的极性不对称性，一个模型系统的活性液体，并将其与振动各向同性盘。增加填充分数$ϕ$，各向同性盘报道的准连续结晶被过渡或朝向“自熔”晶体的交叉所取代。增加来自液相的填充分数，致密的六方有序填充盘的簇自发地形成、熔化、分裂和合并，导致高度间歇性和非均质动力学。所得到的稳定状态簇大小分布单调减小。当填充分数大于$ϕ^*$时，几个大的团簇跨越系统尺寸，团簇尺寸分布变得非单调，过渡由幂律签署。然而，该系统从未被动态地捕获。团簇从一个地方永久地熔化到另一个地方，形成活性液体的液滴，其快速地传播穿过系统。这种状态保持到最高可能的堆积分数，质疑晶体对于活性盘的稳定性，除非是有序的紧密堆积。
2016-05-10 cond-mat.soft
Some recent theoretical results on amorphous packings of hard spheres
本文的目的是回顾和定性地讨论最近用复型方法获得的硬球非晶堆积性质的一些结果。该理论对玻璃的状态方程、亚稳态的复杂性、接近堵塞的压力的标度、填充的协调性以及任意空间维d中的对关联函数给出了预测。在d=3和d=2的情况下，预测与数值模拟相比非常好。d->oo的渐近预测在严格的界限内。该理论可以推广到二元混合物和具有吸引尾或方阱的硬核势。
2006-05-26 cond-mat.dis-nn 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
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
On the relation between virial coefficients and the close-packing of hard disks and hard spheres
讨论了已知维里系数是否足以确定硬球流体状态方程发散的填充分数$η_\infty$的问题。结果表明，由维里系数构造的压缩因子的直接Padé逼近所得到的信息是不确定的。提出了一种替代方法，它利用相同的维里系数和状态方程的形式，其中明确给出的包装分数作为压力的函数。硬盘和硬球流体，它可以直接容纳较高的维里系数时，这种方法的结果支持的猜想，即$η_\infty$等于对应于一个有序的晶体结构的最大包装分数。
2011-02-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Structure characterization of hard sphere packings in amorphous and crystalline states
硬球系统中的通道尺寸分布，基于四个粒子位置的局部邻域相关性，研究了所有体积分数的干扰。对于每个粒子，相邻粒子的所有三个粒子组合定义通道，这与锁定概念相关。的通道尺寸分布的分析被证明是非常有用的，在区分气体，液体，部分和完全结晶，和玻璃状（随机）堵塞状态。一个共同的微观结构特征的四个共面粒子中观察到的结晶和玻璃堵塞状态，这表明存在“隐藏”的二维秩序在三维随机紧密堆积。
2014-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Single particle fluctuations and directional correlations in driven hard sphere glasses
通过事件驱动的分子动力学模拟和实验，研究了剪切作用下硬球玻璃中单粒子涨落和动力学关联的填充率和剪切速率依赖性。在填充分数以上的玻璃化转变，相关性增加剪切速率降低：在单颗粒跳跃分布的指数尾加宽和动态四点相关性增加。然而，有趣的是，在减少的包装分数，扩大的指数尾部也被观察到，而动态异质性被证明是减少。这种行为的解释提出了在剪切和热波动之间的竞争。基于我们先前的研究[Chikkadi等人，Europhys. Lett.（2012）]，我们进一步解决动态相关性的各向异性问题。
2013-05-14 cond-mat.soft
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
On the rigidity of a hard sphere glass near random close packing
本文从理论和数值计算两方面研究了硬球玻璃在最大堆积附近力学稳定性的微观原因。我们表明，随着时间的推移粗粒化后，硬球相互作用可以用有效势来描述，该有效势在随机密堆积$ϕ_c$处恰好是对数的。这允许定义正常模式，并应用最近的结果有效的弹性网络：机械稳定性是一个非局部性质的包装几何形状，其特征在于一些长度尺度$l^*$在$ϕ_c$ [1，2]发散。我们计算缩放的体积和剪切模量附近的$ϕ_c$，并推测这些结果的玻璃化转变的可能影响。
2006-10-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dense packings of spheres in cylinders I. Simulations
我们研究的最佳包装的硬球在一个无限长的圆柱体，使用模拟退火，并比较我们的结果与类似的问题的包装磁盘上展开的表面上的一个圆柱。详细描述了D/d=2.873（圆柱体和球体直径之比）时的密度结构并制成表格。这将以前的计算扩展到包括不与圆柱体接触的内部球体的结构范围内。
2012-05-09 cond-mat.soft
Revisiting the Phase Diagram of Hard Sphere Dumbbells with Nested Sampling: Known Phases and New Packing Variants
University of Warwick（华威大学）
本研究利用嵌套采样技术重新审视硬球哑铃的相图，发现新的排列变体并验证了现有状态方程的预测。
2025-12-17 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
Close packing density of polydisperse hard spheres
在3D中各向同性地填充相等大小的球体的最有效方法被称为随机紧密堆积状态，这为物理和工程中的许多近似提供了起点。然而，真实颗粒材料的粒度分布从来不是单分散的。在这里，我们提出了一个简单而准确的近似随机紧密堆积密度的硬球的任何尺寸分布，映射到一个一维的问题的基础上。为了验证这一理论，我们进行了广泛的模拟与流体动力学摩擦的弹性球的混合物。模拟结果表明，一般（但弱）的最终（基本上是硬球）的堆积密度对流体粘度和颗粒尺寸的依赖性，但这可以通过选择一个特定的质量和颗粒尺寸之间的关系，使随机紧密堆积的体积分数定义良好，以消除。我们的理论与双分散，三分散和对数正态分布的模拟吻合得很好，并正确地再现了大尺寸比的精确极限。
2009-12-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A note on rattlers in amorphous packings of binary mixtures of hard spheres
Farr和Groot（arXiv：0912.0852）以及Kyrylyuk和Philipse（Prog.胶体聚合物科学，2010年，在出版），我们的理论结果的干扰密度的二元混合硬球（arXiv：0903.5099）显然违反了上限，这是通过考虑的限制，其中直径比r = DA/DB走向无穷大。我们认为，这一明显的矛盾是误解的结果，我们在此试图澄清这一误解。
2010-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
The Complete Jamming Landscape of Confined Hard Discs
一个完整的干扰景观的精确描述是为一个系统的硬盘直径$σ$，被限制在两条线分开的距离$1+\sqrt{3/4} < H/σ< 2$。通过考虑所有可能的局部堆积排列，利用转移矩阵方法得到了堵塞态的广义系综配分函数，从而计算了堆积的组态熵和状态方程.探索结构有序性与堆积密度之间的关系，我们发现局部堆积环境之间的几何挫折在决定堵塞态的密度分布中起着重要的作用，结构的“随机性”是堆积密度的非单调函数.分子动力学模拟表明，平衡液体的性质与景观的性质密切相关。
2009-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
From Freezing to Terminal Packing: A Puzzle and a Paradox
Indian Institute of Science（印度科学学院）
该研究重新审视Ramakrishnan-Yussouff分岔框架，通过密度泛函理论发现亚稳态液体的有限波矢热力学边际性，揭示液体关联编码终端无序堆积趋近过程的谜题。
2026-09-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Static Structural Signatures of Nearly Jammed Disordered and Ordered Hard-Sphere Packings: Direct Correlation Function
已知在硬粒子系统中，动态特征先于干扰，但静态结构特征已被证明更加难以捉摸。压缩硬颗粒填料对堵塞造成日益增长的超均匀性的观察铺平了道路，堵塞作为一个“倒临界点”的直接关联函数$c(r)$发散的分析。我们建立了$c(r)$和总关联函数$h(r)$的各种奇异性之间的定量关系，提供了一个具体的方法来识别必须在$c(r)$中表示的功能，如果一个人希望准确地再现对关联函数的细节。我们还分析了系统的三维单分散硬球的直径$D$，因为他们的方法有序和无序堵塞的配置。对于后者，我们使用Lubachevsky-Stillinger（LS）和Torquato-Jiao（TJ）填充算法，这两种算法都生成无序填充，但可以显示出明显的结构差异。我们确定了一个短期的缩放$c(r) \propto -1/r$作为$r \rightarrow 0$，并表明，这一点，随着发展中的三角洲功能在$c(D)$，是一个后果，越来越长的范围在$c(r)$。在冻结密度附近，我们确定了TJ和LS生成的配置之间的结构因子$S(k)$以及$c(r)$的定性差异，并将它们与协议的包装动力学差异联系起来。从这两种算法的结构因子，接近零的低波数限制的干扰接近，并显示出相应的幂律衰减$c(r)$大$r$的结果。我们的工作进展的概念，表现出静态签名硬颗粒包装，因为它们接近干扰，并强调了效用的直接关联函数作为一种手段，监测一个初期的刚性网络。
2016-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Random close packing fractions of lognormal distributions of hard spheres
我们将最近的一维算法用于预测多分散硬球的随机紧密堆积分数[Farr和Groot，J.Chem.Phys.133，244104（2009）]应用于球尺寸的对数正态分布和这种群体的混合物的情况。我们的结果比较好，直接模拟球体在三维空间中的两个慢得多的算法，并表明该算法是足够快的粒子包装的逆问题：设计尺寸分布，以满足所需的标准。本文中使用的一维方法是以C编程语言的计算机代码实现的，根据GNU通用公共许可证（版本2）的条款，可在http://sourceforge.net/projects/spherepack1d/上获得。
2013-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Connecting packing efficiency of binary hard sphere systems to their intermediate range structure
使用计算机X射线断层扫描，我们确定的三维（3D）结构的二元硬球混合物的组成和颗粒的尺寸比，q的函数。使用最近引入的四点关联函数，我们发现，这种三维结构的中间和大的长度尺度上令人惊讶的规则秩序，其对称性依赖于q。相关的结构相关长度有一个最小值的组合物在包装分数是最高的。在该组成下，不同的局部颗粒排列的数量也具有最大值，表明颗粒的有效堆积与局部最大无序的结构相关。
2021-09-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Confined polymer nematics: order and packing in a nematic drop
我们研究了硬球内的聚乙烯聚合物的紧密堆积。我们模型的聚合物{ \sl通过}的连续弗兰克弹性自由能增加了一个简单的密度依赖的部分，以及通过适当照顾的连接的聚合物链时，与简单的向列相比较。自由能{ \sl anisotropy}能够描述样品内各向同性聚合物溶液和聚合物非晶相之间的取向有序转变。我们数值求解欧拉-拉格朗日方程与适当的边界条件的导演和密度场和调查的方向和密度分布在一个球体。解的两个重要参数是聚合物链的起始和末端的精确位置。取决于它们的空间分布和硬球外壳的实际尺寸，我们可以得到过多的表现出不同缺陷几何形状的链的各种配置。
2010-05-04 cond-mat.soft
Jamming Transition and Inherent Structures of Hard Spheres and Discs
最近的研究表明，体积分数$\phiJ$在堵塞过渡的无摩擦硬球和盘不是唯一确定的，但存在于一个连续的范围。出于这一观察，我们数值研究$\phiJ$的依赖性的初始配置的母流体平衡在一个分数$\phiini$，压缩之前产生一个堵塞的包装。我们发现当$\phiini$很小时，$\phiJ$保持不变，但当$\phiini$超过模式耦合理论预测的动态转变点时，$\phiJ$急剧增加。我们仔细分析了堵塞填料和母流体的构型性质，发现虽然所有堵塞填料保持均衡，但$\phiJ$的增加伴随着（i）局部有序，（ii）静态长度尺度和（iii）有限尺寸标度指数的微妙但明显的变化。这些结果定量地支持了玻璃化转变的随机一级转变理论。
2012-11-17 cond-mat.soft
A first-order phase transition at the random close packing of hard spheres
将相同尺寸的球体随机填充到容器中始终导致密度为约64%的静态配置。随机紧密堆积（RCP）的普遍存在，而不是74%的最佳晶体阵列，回避了这个经验推导状态背后的物理定律的问题。事实上，没有任何宏观量的特征与观察到的包装极限相关的不连续性。在这里，我们表明，RCP可以被解释为一个热力学奇点的表现，它定义为“凝固点”在一阶相变之间的有序和无序的包装相。尽管颗粒物质的非热性质，我们表明，它是伴随着急剧的不连续性的体积和熵的过渡的热力学特征。这发生在一个临界压实度，这是强度变量，发挥作用的温度在颗粒物质。我们的研究结果预测的实验条件所需的形成一个堵塞的晶体通过计算模拟的“融合熵”。这种方法很有用，因为它将复杂系统中的平衡问题映射到统计力学中更简单的框架上。
2016-03-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
The ideal glass transition of Hard Spheres
本文用复型法研究了具有相同硬球的液体的理想玻璃化转变。我们得到了液相中的构型熵的估计，Kauzmann堆积分数在0.58- 0.62范围内，无规密堆积密度在0.64- 0.67范围内，这取决于我们对液体状态方程所用的近似。我们还计算了玻璃态下的对关联函数（即，致密的无定形堆积），我们发现，在随机紧密堆积的平均配位数等于6。所有这些结果与数值模拟和其他现有的理论进行了比较。
2005-06-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Thermodynamics of hard-sphere fluids in polydisperse random porous media: Extended scaled particle theory
Yukhnovskii Institute for Condensed Matter Physics of NAS of Ukraine（乌克兰国家科学院尤赫诺夫斯基凝聚态物理研究所）
本文基于扩展尺度粒子理论，研究了硬球流体在多分散随机多孔介质中的热力学性质，计算了不同多孔介质参数下的化学势，并与蒙特卡洛模拟和积分方程理论结果一致。
2026-03-30 cond-mat.soft
The structural origin of the hard-sphere glass transition in granular packing
玻璃化转变伴随着结构弛豫时间的快速增长和伴随的构型熵的降低。目前还不清楚的过渡是否有热力学起源，以及是否动态逮捕是与一定的静态秩序的增长。使用颗粒填料作为模型硬球玻璃，我们显示的玻璃化转变作为一个热力学相变与“隐藏”的多面体秩序。这种多四面体有序在空间上与缓慢的动力学相关。它是几何挫折，并有一个特殊的分形维数。此外，随着填充分数的增加，它的增长遵循熵驱动的成核过程，类似于随机一级跃迁理论。我们的研究基本上确定了一个长期追求的结构玻璃秩序硬球玻璃。
2015-09-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamics in the presence of attractive patchy interactions
我们报告了广泛的蒙特卡罗和事件驱动的分子动力学模拟的液体组成的粒子相互作用通过硬球相互作用补充的四个四面体协调的短程吸引（“粘”）点，一个模型介绍了几年前由Kolafa和Neidenda [J. Kolafa和I.内格罗尔达山161，87（1987）]。要访问的模型的动力学特性，我们引入并实现了一个新的事件驱动的分子动力学算法，适合于研究的演变的刚体相互作用，旁边的排斥硬核，与短程间补丁方势阱。我们评估的热力学性质的模型在深过冷状态下，键网络是充分发展，密度异常的证据。我们表明，不同于球对称相互作用粒子的模型，在一个很宽的区域内的包装分数的液体可以过冷，而不会遇到气液旋节线。特别是，我们建议，有一个最佳的包装分数（不是很不同的六角形冰包装分数），在该键四面体网络充分发展。我们发现的动态异常网络形成液体的特点的证据。事实上，在最佳网络填充周围，动态都取决于增加和减少填充分数。最后，我们确定了等扩散系数线在填充分数-温度平面上的形状，并建立了模型相图中动态停滞线的形状。结果进行了讨论，在连接到胶态分散体的粘性颗粒和凝胶形成蛋白质和它们的能力，形成动态逮捕状态。
2005-11-04 cond-mat.soft
Cavity method for force transmission in jammed disordered packings of hard particles
堵塞无序填料的受力分布一直是颗粒物理学研究的一个中心问题。然而，它的许多特征却知之甚少。特别是，分析关系到其他关键的宏观性质的堵塞的物质，如接触网络和它的协调数，仍然缺乏。在这里，我们开发了一个平均场论这个问题的基础上，作为一个随机图的力传递成为一个约束优化问题的接触网络的考虑。因此，我们可以使用在过去几十年中发展起来的腔方法在自旋玻璃和硬计算机科学问题的统计物理。这种方法使我们能够计算力分布$\text P(f)$随机填充的硬颗粒的任何形状，有或没有摩擦。我们发现了一个新的签名干扰的小力的行为$\text P(f) \sim f^θ$，其指数引起了最近的积极兴趣：我们发现了一个有限的值为$\text P(f=0)$，随着$θ=0$。此外，我们与系数$μ$的摩擦球堵塞填料的平均配位数$\, {\bar z}_{\rm c}^{\rm min}(μ)$的下限的力的分布。通过将朴素的麦克斯韦计数论证扩展到摩擦球，这弥合了两个已知的均衡极限$\, {\bar z}_{\rm c}(μ=0)=2D$（在维度$D$中）和$\, {\bar z}_{\rm c}(μ\to \infty)=D+1$之间的差距。该理论框架描述了不同类型的系统，如任意尺寸的非球形物体，提供了一个共同的平均场的情况下，调查力的传输，接触网络和协调数堵塞无序包装。
2014-06-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Basic Understanding of Condensed Phases of Matter via Packing Models
包装问题一直是一个来源的魅力千年和他们的研究产生了丰富的文献，跨越众多学科。对硬颗粒堆积模型的研究提供了对物质凝聚相的结构和本体性质的基本见解，包括低温状态（例如，分子和胶体液体、晶体和玻璃）、多相非均匀介质、颗粒介质和生物系统。离散填充在纯数学中有着重要的意义，包括离散几何和数论。这一观点回顾了有关的理论和计算文献的平衡，亚稳态和非平衡硬粒子包装在各种欧几里德空间维度的包装。在堵塞填料的情况下，重点将放在“几何结构”的方法，它提供了一个强大的和统一的手段，定量表征个别填料通过堵塞类别和“秩序”地图。它包括极端堵塞状态，包括密集包装，最大随机堵塞状态，和最低密度堵塞结构。同样的球，球的尺寸分布，和非球形颗粒的填料也进行了调查。我们通过确定未来研究的挑战和开放问题来结束这篇综述。
2018-05-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Absence of hyperuniformity in amorphous hard-sphere packings of nonvanishing complexity
我们将数密度为$ρ$的堵塞硬球系统中的结构因子$S(\mathbf{k} \to \mathbf{0})$与它的每粒子复杂度$Σ(ρ)$通过公式$S(\mathbf{k} \to \mathbf{0})=-1/ [ρ^2Σ''(ρ)+2ρΣ'(ρ)]$联系起来。我们已经验证了这个公式的情况下，堵塞的磁盘在一个狭窄的通道，这是可能的，找到$Σ(ρ)$和$S(\mathbf{k})$分析。因此，如果复杂度非零，则不会发生超均匀性（即$S(\mathbf{k} \to \mathbf{0})$的消失）。给出了一个例子的硬盘在一个狭窄的通道，这是超均匀的动态规则，产生一个非广泛的复杂性时，堵塞的状态。
2018-08-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Predicting random close packing of binary hard-disk mixtures via third-virial-based parameters
Universidad de Extremadura（埃斯特雷马杜拉大学）；U.N.A.M.（墨西哥国立自治大学）
本文提出一种简单准确的方法，通过引入基于混合物缩减第三virial系数的参数，预测二元硬盘混合物的随机紧密堆积分数，该方法在宽广的尺寸比和组成范围内表现出近似普适性。
2026-04-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Hard-sphere solids near close packing: Testing theories for crystallization
硬球的冻结转变已经被各种版本的密度泛函理论（DFT）很好地描述。这些理论应该拥有密排晶体作为一个特殊的限制，这代表了一个极端的测试场的质量，这种液体状态为基础的理论。因此，我们研究的硬球晶体的结构和热力学在此限制的DFT预测。我们研究了Ramakrishnan-Yussouff（RY）近似和Rosenfeld及其同事开发的基本测度理论（FMT）的两个变体。我们允许一般形状的密度峰，超越常见的高斯近似。在所有的情况下，我们发现，在接近紧密堆积，峰宽消失成比例的粒子之间的自由距离和自由能依赖于几何上的a。然而，不同的峰形和下一个领先的自由能的贡献结果从不同的近似泛函。对于RY理论，在高斯近似下，我们建立了结晶溶液形成一个闭环，其中稳定和不稳定的分支都连接到a=0处的密堆积点，这与不存在液-固旋节线一致。该版本的FMT，以前已被应用到冻结，预测渐近阶跃状密度分布局限于自洽细胞理论的细胞。但最近提出的改进版本，采用张量加权密度产生更广泛的，几乎高斯峰，这是非常好的协议与计算机模拟。
1999-07-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elasticity of soft particles and colloids near Random Close Packing
纯粹排斥和无摩擦的颗粒，如乳液或硬球，显示非常奇怪的性能附近的堵塞过渡，这发生在随机紧密堆积的单分散球。虽然这样的体系不包含表征橡胶的长的和交联的聚合物链，但是它们以类似的方式宏观地表现：剪切模量$G$可以变得比体积模量$B$无限小。在回顾了最近的理论结果的结构，这种包装（特别是他们的协调），我将提出一个解释所观察到的缩放的弹性模量，并解释为什么参数都适用于软和硬颗粒。
2009-07-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
The emergence of Airy stress function in two-dimensional disordered packings of particles
本研究针对二维无序接触颗粒堆积，构建应力概率泛函并推导出张量分量的完整方程组，揭示了Airy应力函数的涌现。
2022-12-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Characterization of Maximally Random Jammed Sphere Packings: II. Correlation Functions and Density Fluctuations
在本系列的第一篇论文中，我们引入了Voronoi关联函数来描述最大随机阻塞（MRJ）球填充的结构。在本文中，我们确定了各种关联函数，可以严格相关的有效物理性质的MRJ球包装和比较它们的重叠领域和平衡硬球系统的相应的统计描述符。这种结构描述符出现在严格的边界和公式的有效传输特性，扩散和反应常数，弹性模量，和电磁特性。首先，我们计算两点，表面空隙，表面表面关联函数，我们推导出明确的分析公式有限硬球包装。我们分析表明，如何在MRJ填充球之间的接触转化为不同的功能行为，这些两点关联函数，不出现在其他两个模型在这里检查。然后，我们展示了谱密度如何将MRJ堆积与其他无序系统区分开来，因为谱密度在无限波长的极限处为零。这些填料是超均匀的，这意味着在大尺度上的密度波动被抑制。此外，我们研究和计算排斥概率和孔径分布以及局部密度波动。我们猜想，对于一般的无序硬球填充，一个中心极限定理持有的球形观察窗口内的点的数量。我们的分析将材料科学，化学，物理和数学中感兴趣的问题联系起来。在第三篇论文中，我们将评估边界和估计主机的不同的物理性质的MRJ球填料的结构特征的基础上，本文分析。
2016-09-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
ColPackAgent: Agent-Skill-Guided Hard-Particle Monte Carlo Workflows for Colloidal Packing
Neutron Scattering Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN 37831, USA（奥克勒德国家实验室中子散射部）
ColPackAgent通过MCP工具服务器和代理技能实现胶体堆积模拟的自主工作流程，展示了如何利用LLM代理执行模拟任务并评估不同模型的性能。
2026-05-15 cond-mat.soft cs.AI
Jamming II: Edwards' statistical mechanics of random packings of hard spheres
寻找最有效的方法来包装球体的问题有着辉煌的历史，可以追溯到开普勒发现的晶体阵列和伯纳尔在60年代探索的随机几何形状。这个问题的应用范围从数学家的铅笔，颗粒材料的加工，堵塞和玻璃化转变，一直到每个杂货店的水果包装。目前有大量的实验表明，松散的方式来包装球给出了约55%的密度（RLP），而填充所有松散的空隙导致约63 - 64%的最大密度（RCP）。虽然这些数值看起来很真实，但到目前为止，还没有物理解释或理论预测。在这里，我们表明，在3d的单分散硬球的随机填充可以填充密度之间的4/（4 + 2 \sqrt 3）或53.6%和6/（6 + 2 \sqrt 3）或63.4%，定义RLP和RCP，分别。这些限制的原因来自于堵塞状态的统计图，其中RCP可以被解释为具有零压缩性的堵塞物质的系综的基态，而RLP出现在无限压缩性极限中。我们结合了一个扩展的统计力学的方法"一拉爱德华兹"（传统上发挥的作用，在热系统中的能量和温度是由体积和压实度取代）的均衡条件施加的机械稳定性的约束。最终，我们的研究结果导致一个相图，提供了一个统一的看法无序硬球包装问题。
2010-11-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Population Annealing Simulations of a Binary Hard Sphere Mixture
布居退火是一种序贯蒙特卡罗方法，非常适合于模拟具有粗糙自由能景观的系统的平衡态。在这里，我们使用人口退火研究硬球的二元混合物。群体退火是模拟退火的并行版本，具有额外的恢复步骤，其确保系统的副本群体表示退火时间表中每个填充分数处的平衡系综。该算法及其平衡性能的描述和结果，提出了一个玻璃形成流体组成的硬球的直径比为1.4：1的50/50的混合物。对于这个系统，我们得到精确的结果，在玻璃态下的状态方程的包装分数$φ\approx 0.60$和研究偏差从BMCSL状态方程。对于更高的填充分数，该算法失去平衡，并且自由体积拟合预测填充分数$φ\approx 0.667$处的堵塞。我们的结论是，布居退火是一个有效的工具，研究平衡玻璃态流体和堵塞过渡。
2017-07-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
