球面粒子密堆积中能量有利的缺陷
软凝聚态物质
2017-03-03 v2
摘要
球面上相互作用粒子的密堆积已被证明是病毒衣壳和colloidosomes的有用模型。事实上，病毒衣壳中观察到的二十面体对称性对应于魔力数（例如12、32和72个全同Lennard-Jones粒子）出现的势能极小值，对于这些粒子数，堆积恰好具有最小数量的十二个五重缺陷。然而，这些结构对抗热扰动的稳定性尚不清楚。我们通过盆地跳跃全局优化和朗之万动力学研究了粒子数在10到100之间的该性质。一个重要的度量是点缺陷的数量和类型，即不具有六个最近邻的粒子。我们发现小的二十面体结构对热涨落最为鲁棒，在宽温度范围内表现出更少的过剩缺陷和重排。此外，我们提供证据表明，在低温非零温度下出现的过剩缺陷以熵为代价降低了势能。在较高温度下，缺陷如预期被热激发从而被熵稳定。如果我们用极短程（Morse）势替换Lennard-Jones势（这可以说更适用于胶体和病毒衣壳蛋白），我们发现相同粒子数给出势能极小值，尽管对于较大粒子数这些极小值对应于不同的堆积。此外，对于短程势，缺陷更难被热激发，表明短程相互作用进一步稳定了平衡结构。
引用
@article{arxiv.1602.07945,
title = {Energetically favoured defects in dense packings of particles on spherical surfaces},
author = {Stefan Paquay and Halim Kusumaatmaja and David J. Wales and Roya Zandi and Paul van der Schoot},
journal= {arXiv preprint arXiv:1602.07945},
year = {2017}
}
备注
25 pages, 11 figures, 3 tables