负压下水中异常的蒸气与冰成核：经典密度泛函理论研究

与关于水异常行为的大量工作相比，水的热力学异常与亚稳水相变动力学之间的关系相对较少被探索。在这项工作中，我们采用经典密度泛函理论，为亚稳水（尤其是负压条件下）的成核（包括蒸气和冰）提供了一个统一且连贯的图像。我们的结果表明，在液-气共存相对于冰相为亚稳的温度下，液-气表面张力呈现出奇特的非单调温度依赖性。等容冷却下的蒸气成核势垒也表现出非单调的温度依赖性。我们进一步注意到，对于较低密度的等容线，最小蒸气成核势垒温度（$T_{\Delta \Omega_{\rm v/min}^*}$）与亚稳性最大的最大密度温度（TMD）并不重合。然而，$T_{\Delta \Omega_{\rm v/min}^*}$ 与 TMD 之间的温度差随等容线密度的增加而减小，表明在高密度下空化倾向与液态水亚稳性之间存在强关联。等压冷却下的蒸气成核势垒表现出有趣的交叉行为：随温度降低先增大，在进一步降温至 Widom 线附近时呈现非单调行为。我们对亚稳水冰成核的结果显示了沿等温线的冰成核势垒的异常回滞行为，并从理论上验证了最近的发现，即再入冰(Ih)-液共存可引发冰成核动力学的剧烈变化。此外，本研究还深入揭示了等容冷却下等温压缩率极大的起源。