模拟水中的动力学异质性与 Stokes-Einstein 及 Stokes-Einstein-Debye 关系的失效
统计力学
2007-06-01 v1 软凝聚态物质
摘要
我们使用水的扩展简单点电荷模型的分子动力学模拟，研究了 Stokes-Einstein (SE) 和 Stokes-Einstein-Debye (SED) 关系。我们发现 SE 和 SED 关系在低温下均失效。为了探索这些失效与动力学异质性 (DH) 之间的关系，我们还计算了 7% “最快”和 7% “最慢”分子子集的 SE 和 SED 关系。我们发现 SE 和 SED 关系在这两个子集中均失效，且失效发生在所有迁移率尺度上。因此，这些失效似乎是普遍现象，这与只有最具流动性的分子才是 SE 和 SED 关系失效的根源（嵌入在这些关系成立的非活跃背景中）的观点相反。在低温下，两个分子子集中的 SE 和 SED 关系分别被“分数阶” SE 和 SED 关系取代，即 和 ，其中 且 。我们还发现旋转运动与平移运动之间存在解耦，且这种解耦在最快和最慢分子子集中均有发生。我们还发现，随着冷却过程中解耦的增加，一个分子同时被归类为平移最快和旋转最快的概率也会增加。为了研究时间尺度对 SE 和 SED 失效及解耦的影响，我们引入了依赖时间的 SE 和 SED 关系版本，以及一个测量解耦程度的依赖时间的函数。我们的结果表明，解耦以及 SE 和 SED 的失效均起源于对应于笼机制结束、扩散开始的时间尺度。这也是 DH 最相关的时间尺度。
引用
@article{arxiv.0705.4475,
title = {Dynamical heterogeneities and the breakdown of the Stokes-Einstein and Stokes-Einstein-Debye relations in simulated water},
author = {Marco G. Mazza and Nicolas Giovambattista and H. Eugene Stanley and Francis W. Starr},
journal= {arXiv preprint arXiv:0705.4475},
year = {2007}
}