向心压缩 Brownian 方形的取向动力学主导其熵晶体化路径

在由具有各向异性形状的硬相互作用胶体颗粒构成的稠密系统中，晶体化路径是一个引人注目的前沿。颗粒的平移和旋转动力学在较高密度下变得耦合，导致其配置有序性呈现复杂动力学。为阐明这一点，我们研究了在向心压缩下，棱角圆滑的 Brownian 方形平面片的两维熵系统。通过分析颗粒的平移和取向动力学及其对最小化自由能贡献的作用，我们表明，颗粒可达取向状态范围主要决定了结构演化路径，因为取向熵决定了自由能的最小化，从而决定最终的最优平衡有序。当颗粒可达更广泛的取向状态时，较大的旋转配置熵会最小化总自由能，导致六角晶体结构。在更高的渗透压下，侧面对齐颗粒的长程集体平移波动（伴随受限的旋转波动）可最大化熵，平移分量贡献更大，从而诱导一种自由能更优的菱形晶体结构。我们进一步表明，密度通过限制颗粒可达的取向状态范围，间接影响晶体化路径。 complementary 的 Brownian 动力学模拟和自由能计算进一步证实了我们的发现，并通过三角形颗粒系统的测试证明了其普遍性。因此，预测取向动力学在各种各向异性形状的有序化路径中扮演关键角色。