TIP4P/2005 水的玻璃多态性：基于势能景观形式体系的描述

势能景观（PEL）形式体系是一种描述过冷液体和玻璃的统计力学方法。在此，我们利用 PEL 形式体系，通过对水的 TIP4P/2005 分子模型进行计算机模拟，研究低密度非晶冰（LDA）与高密度非晶冰（HDA）之间压力诱导的相变。我们发现，系统在 LDA-HDA 转变过程中所采样的 PEL 性质表现出反常行为。特别地，在 LDA-HDA 转变过程中密度变化近似不连续（令人联想到一级相变）的条件下，我们发现：（i）本征结构（IS）能量 $e_\text{IS}(V)$ 是体积的凹函数；（ii）IS 压力 $P_\text{IS}(V)$ 表现出类范德瓦耳斯环。此外，PEL 在 IS 处的曲率是反常的，是 $V$ 的非单调函数。与先前研究一致，我们的工作表明条件（i）和（ii）是 PEL 使得 LDA-HDA 转变令人联想到一级相变的必要（但非充分）特征。我们还发现可以识别 PEL 的两个不同区域，一个与 LDA 相关，另一个与 HDA 相关。我们的计算机模拟使用了大范围的压缩/解压和冷却速率。特别地，我们最慢的冷却速率（0.01 K/ns）处于急冷实验中制备 LDA 所采用的实验速率范围内。有趣的是，我们在 $T=80$ K 及不同速率下得到的 LDA-HDA 转变压力，外推到相应实验压力时吻合得极好。