东京大学工业科学研究所的研究人员进行了模拟，考虑和忽略了流体动力相互作用，以确定这些相互作用是否导致用于模拟结晶硬球胶体系统的实验成核率和计算成核率之间观察到的巨大差异。研究小组从两个模拟中获得了相似的成核率，澄清了流体动力相互作用，不能解释观察到的硬球系统实际成核率和模拟成核率之间的不匹配。
结晶是液相或气相中的无序分子通过成核和生长两个阶段转变为高度有序固体晶体的物理现象。结晶在材料和自然科学中非常重要，因为它存在于广泛的材料中，包括金属、有机化合物和生物分子，因此全面了解这一过程是很有必要的。由悬浮在液体中硬球组成的胶体，常被用作研究结晶的模型体系。多年来，硬球胶体成核速率的计算模拟与实验测量之间存在着高达十个数量级的巨大差异。
这种差异通常是由于模拟没有考虑流体动力相互作用造成的（溶剂分子之间的相互作用）。东京大学工业科学研究所、牛津大学和萨皮恩扎大学的研究人员现在联合起来，进一步探索了这一解释，以解释实际成核率和计算成核率之间的差异。这次合作首先开发了一种硬球胶体模型，可以可靠地模拟真实硬球系统的实验热力学行为。接下来对模型体系的结晶进行了模拟，考虑和忽略了流体动力相互作用，以阐明这些相互作用对结晶行为的影响。
最初设计了一个模拟模型，准确地再现了硬球系统的真实热力学，这证实了该模型在进一步模拟中的可靠性和适用性。忽略和考虑水动力相互作用的模拟结果表明，水动力相互作用并不影响成核速率，这与普遍的共识相反。对于有和没有流体动力相互作用的计算，成核速率与体系中硬球比例的曲线是相同的，也与另一个研究小组报道的结果一致。
研究使用开发的模型进行了计算，有没有考虑水动力相互作用，在这两种情况下，计算出的结晶成核速率相似，这使研究人员得出结论：流体动力相互作用不能解释从实验和理论上获得巨大差异的成核速率。研究清楚地表明，流体动力相互作用不是实验和模拟成核率之间巨大差异的根源，结果进一步加深了我们对结晶行为的理解，但没有解释这种巨大差异的根源，其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上。
博科园｜研究/来自：东京大学
参考期刊《物理评论快报》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.258002
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