硬球在球形约束下的熵阱

在乳浊液滴中约束的单分散球形粒子可结晶形成八面体簇。实验观察到，若添加少量大颗粒作为缺陷，这些大颗粒会优先迁移至八面体簇的顶点位置。为理解这种结构形成现象，本文通过模拟硬球在少量大颗粒约束下的自组装过程。结果表明，大颗粒在结晶临界附近受到周围小颗球层的显著影响。熵力驱动大颗粒向簇表面迁移，在八面体顶点处形成自由能最小点。值得注意的是，加入12个大颗粒后可形成完美的八面体框架。通过伞抽样法计算自由能，以量化该过程，表明从簇表面迁移以及在顶点处的捕获——捕获强度可达多个k_B T——均源于自由能最小化。此外，我们的研究发现，大颗粒的结晶路径与动力学在不同系统间保持一致，表明熵阱具有鲁棒性。