圆柱中硬球的组装：计算与实验研究

硬球是理解自然与合成系统的一个重要基准。本工作中，胶体实验与蒙特卡洛模拟考察了直径 $\sigma$ 的硬球在直径 $\sigma\leq D\leq 2.82\sigma$ 的圆柱内的平衡与非平衡组装。尽管在此类系统中相变形式上不存在，但观察到了显著的结构交叉。在模拟中，我们发现所得的压力-直径结构图呼应了该 $D$ 范围内无限压力下获得的最密堆积序列。我们还观察到非平衡自组装依赖于压缩速率。慢速压缩近似平衡结果，而快速压缩可跳过中间结构。发现不存在连续线滑移的交叉在动力学上不利，这正是该差异的来源。在高佩克莱特数（Péclet number）下进行的胶体沉降实验的结果，只要使用适当的边界条件，便与快速压缩的结果一致。压缩与沉降结果之间的相似性表明，此处的组装路径并不敏感依赖于非平衡动力学的性质。