具有物种互转换的混合物微观模型中耗散结构的形成

物质分离为不同相在自然界中普遍存在，且在科学和技术上十分重要。若所涉及物种（无论是分子还是超分子组装体）发生互转换，该现象可能变得截然不同。在足以克服互转换物种间能量差异的外力作用下（受迫互转换），两种备选物种将以等量存在，并观察到稳态、受限介观尺度相分离的显著现象。此类微相分离是凝聚态中耗散结构最简单的例子之一。本工作中，我们通过二元混合物三种物理上不同的微观模型的蒙特卡洛与分子动力学模拟，研究此类介观稳态结构的形成；这些模型同时展现平衡（自然）互转换与受迫互转换的非平衡源。我们表明，该源可通过分子间作用力的内部失衡或促进分子互转换的外部能量流引入，其可能表现包括活细胞内部非平衡环境或光子流。模拟的主要趋势与观测被受互转换影响的非平衡热力学相变理论很好地捕捉。我们展示了如何依据扩散、自然互转换与受迫互转换之间的相互作用，生成非平衡双连续微乳液或空间调制态。