单原子水模型中冰成核的势垒

过冷液体中的结晶最初通过形成小的固体胚（核）进行，这需要克服一个活化势垒。该现象最易于通过数值模拟研究，采用专门的偏置采样技术以克服成核事件稀有性所带来的限制。此处，我聚焦于以单原子水模型表示的过冷水中均匀冰成核的势垒，该模型在体相中表现出不同冰结构之间的复杂相互作用。我考量了多种在计算机上识别类固体粒子的方案，这些方案对 Lennard-Jones 模型表现足够良好，并比较它们各自对成核势垒形状与高度的影响。结果表明，该效应在核尺寸上比在势垒高度上更强。作为该分析的副产品，我确定了成核团簇的结构，发现团簇中冰相的相对含量严重依赖于用于分类类固体粒子的方法。此外，取决于所采用的成核坐标，结晶早期阶段最受青睐的相可能不同于稳定多晶型物。因此，反应坐标的质量不能简单地基于所获得的势垒高度来评估。我解释了这一结果如何可能，以及为何它恰恰指出了适用于简单流体的集体变量在提供单原子水粒子分类的稳健方法上的缺陷。