具有可控空位浓度的新型基态晶体：从 Kagomé 到蜂窝状再到条纹状

我们引入了一个单参数族 $0 \leq H \leq 1$ 的配对势函数，该函数具有单一相对能量最小值，能够稳定一系列富含空位的晶体作为基态。“五次势”是一种短程、非负的配对势，在单位距离处有一个高度为 $H$ 的单一局部最小值，并在距离 $\rt$ 处三次方地衰减为零。我们开发此势能是为了产生具有三角晶格对称性但有利于空位存在的基态。通过使用各种优化和模拟方法进行详尽搜索，我们相信已经确定了所有压力、密度以及 $0 \leq H \leq 1$ 范围内的基态。对于低于 $3\rt/2$ 的特定面积，该“五次势”的基态包括高密度和低密度三角晶格、kagomé 晶格、蜂窝状晶体以及条纹状结构。我们发现这些基态在力学上是稳定的，但在计算机模拟中难以无缺陷地自组装。对于高于 $3\rt/2$ 的特定面积，这些系统的基态相图对应于半径为 $\rt$ 的硬圆盘。在 $H=0$ 的特殊情况下，存在广泛的基态。对此情况的分析表明，在许多基态中，高密度三角晶格、低密度三角晶格和条纹相在某些密度下具有最高的熵。该势能的简单性使其成为实验实现的诱人候选者，可应用于新型胶体晶体或光子材料的开发。