水的取向序参量的时空关联与取向熵

我们引入了局域四面体序参量$Q\equiv Q(r,t)$的空间关联函数$C_Q(r)$和时间自关联函数$C_Q(t)$。利用TIP5P水模型的计算机模拟，我们在相图的广阔区域中研究了$C_Q(r)$。首先，我们表明在高温$T>T_W\approx 250$ K时，$C_Q(r)$在$r\approx 0.32$ nm处显示反关联，而在Widom线$T_W$以下则变为正关联。进一步，我们发现低温下$C_Q(t)$表现出类似于自中间散射函数的两步时间衰减，并且相应的关联时间$\tau_Q$显示出从$T>T_W$时的非Arrhenius行为到$T<T_W$时的Arrhenius行为的动态交叉。最后，我们定义了一个与水分子的局域取向序相关的取向熵$S_Q$，并表明利用Adam-Gibbs关系的类似形式可以从$S_Q$提取$\tau_Q$。