动力学受阻效应对凸形粒子二维致密堆积及其结构特征的影响

硬粒子堆积的研究在物理学、化学、细胞生物学和离散几何中具有基础重要性。先前关于硬粒子堆积的工作大多关注其最致密可能排列。相反，我们考察数值与实验堆积方案中不可避免存在的动力学效应。具体而言，我们确定改变二维非圆粒子堆积的压缩/剪切速率如何使其偏离其最致密可能构型（总是周期性的）。自适应收缩元胞（ASC）优化方案通过先对粒子施加随机平移和旋转，然后各向同性重复压缩和剪切模拟盒直至达到可能 jam 的状态，来最大化硬粒子堆积的堆积分数。我们使用 ASC 优化方案的随机实现，通过在压缩/剪切之间改变粒子运动次数来模拟不同有效时间尺度。我们生成了钝角不等边三角形、菱形、曲边三角形、透镜形和“冰淇淋锥”（半圆嫁接于等腰三角形上）形粒子的致密、有效 jam、单分散、二维堆积，具有广泛的堆积分数和有序度。为量化这些动力学效应，我们引入动力学受阻指数 $K$，其度量堆积偏离其最大可能堆积分数的程度。为研究动力学如何影响这些堆积中的短程和长程有序，我们计算其谱密度并刻画其接触网络。我们发现当粒子具有更大非球度、更小曲率和更小旋转对称性时，动力学效应最为显著。本工作可能与实验室堆积方案的设计相关。