一维水样系统的热力学约束与准相变行为

我们研究了一个具有范德华力和氢键相互作用的二维水样晶格模型，允许粒子数通过化学势进行波动。该模型定义在具有周期性边界条件的链上，表现出三种基态相：气体相、键合液相和密集液相，在化学势和温度平面上由尖锐相边界分隔。利用传递矩阵方法，我们在准粒子群集中推导了精确解析结果，并考察了有限温度下的行为。该系统表现出清晰的准相变特征，包括熵、密度和内能在分析函数上的尖锐变化，以及比热和相关长度的有限峰值。为了评估热力学约束的作用，我们考虑通过 Legendre 变换在固定密度下的行为。该受限分析揭示了更平滑的异常，包括熵的拐点以及比热的有限跳跃，与准粒子群集中的较尖锐信号形成鲜明对比。这一结果凸显了准相变的集成依赖性，表明统计约束如何调制临界样行为。我们还验证了准粒子群集中残余熵连续性准则成立，但在系统受限时被违反。我们的发现说明，即使是一个简单的二维模型也能模拟水样热力学异常。