赵璨, 孙广凯, 雷博程, 张丽丽, 孙昭艳, 朱有亮

高等学校化学学报 2024, 45 (12): 20240388-. DOI:10.7503/cjcu20240388

摘要（208）

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超软相互作用的粒子堆砌体系能够表现出微相分离、重入熔融和单结构相变等复杂的相行为. 近年来, 超软球体系的各种性质引起了研究人员的关注, 但对这类物质结晶行为的研究仍面临困难. 本文利用分子动力学模拟方法探索了超软球体系中聚集体的静态结构和扩散行为. 研究发现, 单分散性的超软球体系会形成簇晶, 具有分散性的超软球体系聚集态结构发生了显著转变; 多分散性会降低结晶性, 在高分散度下体系中形成簇玻璃结构. 通过观测多分散体系的扩散行为发现, 体系在低温下无长程扩散现象, 而在高温下出现明显的扩散现象.

式中： r为超软粒子之间的距离； ε和σ分别为能量和长度；指数参数n=4；约化温度为T（T=K_BT_real/ε₀）；约化时间单位为τ（τ=

σ_{0} \sqrt[]{m_{0} / ε_{0}}

，其中

m_{0}

为基本质量单位）. 模拟的超软球体系盒子边长为L_x =L_y =L_z =30σ₀，总粒子数N=27000，并采用周期性边界条件. 该体系使用的是NVT系综，热浴为Nosé-Hoover热浴法. 模拟过程中使用的时间步长为0.001τ，共模拟了1.4×108步，每经历1×106步记录一次该体系的物理性质. 为了得到相对规整和稳定的二聚体簇晶结构，选取了热力学相图上数密度ρ=1， T=0.02的体系作为终态进行模拟研究［20］. 经过多次尝试最终确定了GEM-4超软球体系从T=0.07的无序状态依次经过两次高温退火（高温平台T=0.09，低温平台T=0.02）得到热力学相图中的终态结构. 其中该过程的降温和升温过程都是线性过程，速率均为每步1×10-8约化温度，具体过程如图1所示.