硬核-软壁势与水的异常性质

我们研究由三维空间中球形粒子通过由严格硬核加上较大距离处线性可 repell 肩构成的势相互作用的系统相图。该相图（数值计算得出，极限情况下可解析求解）显示出类似于水中观察到的异常性质。具体而言，我们发现温度函数密度和等温压缩性质出现最大值，伴随体积收缩的熔化，以及多个稳定晶体结构的存在。若进一步加入粒子间的远距离相互作用吸引力，则可得到常规液-气相共存曲线及其临界点。但更有趣的是，模型中出现一种在 metastable 流体分支中的一阶相变线，终点为一个新的临界点，这正如在水中所预测的那样。通过这种方式，该模型提供了水大多数异常热力学性质的全面、一致且统一的图景，表明它们全部可以定性地由粒子间距的两种平衡值之间的竞争来解释。