近硬球凝固过程中的结构与动力学

我们考虑在共聚焦显微镜实验中，对胶体近硬球在单粒子水平上的均匀结晶速率。我们通过仔细模拟相互作用中的软度，使用Yukawa势来考虑实验系统中存在的静电荷，将其与布朗动力学模拟进行比较。胶体流体的结构和动力学在实验和模拟之间非常匹配，因此我们相信模拟的系统接近实验系统。在我们能够访问的范围内，我们发现实验和模拟之间的结晶速率有合理的一致性，注意到实验中更大的系统尺寸使得能够形成临界核，从而在比模拟更低的过饱和度下结晶。我们进一步使用一种新颖的结构分析——拓扑团簇分类——来检查亚稳态流体的结构。我们发现，在硬球流体变得亚稳态的密度下，主要结构是具有五重对称性的$m=10$个粒子的团簇。在粒子水平上，我们发现了结晶过程的三个区域：亚稳态流体（由$m=10$团簇主导）、晶体以及频繁在类晶体环境和其他（$m\neq10$）结构之间跳跃的过渡区域。