各向同性多势阱对势作用下集群中体相结构的涌现

软材料的机械、光学和化学性能由其体相结构所决定和制约。这种结构在小尺度系统中如何通过自组装涌现，一直是数十年研究的主题，旨在设计和调控材料功能。尽管这些努力，人们仍然从根本上不理解有限N体系统中非平凡粒子间相互作用如何影响所形成的结构，以及该结构如何依赖于N。在本研究中，我们利用多势阱各向同性对势模拟四种不同二维晶体结构的有限集群形成，探究非密堆积的涌现。这些对势将多个优选长度尺度编码到系统中，使我们能够理解各向异性结构基元——与密堆积相对——如何随集群尺寸N的增加而涌现。我们发现，在小系统尺寸下，无论体相结构如何，都倾向于密堆积；然而，体相结构涌现的系统尺寸受体相配位数和对势形状的影响。各向异性结构通过在大系统尺寸下在次级键长处形成键而涌现，这也依赖于对势的形状。我们的发现表明，通过调控粒子间相互作用，可以实现纳米或介观尺度软物质集群的工程化应用，其应用涵盖药物递送和层级材料设计等广泛领域。