经典水模型中氢键网络的拓扑与复杂性
软凝聚态物质
2021-01-25 v1 化学物理
摘要
多年来，人们开发了大量水的经典相互作用势，并针对结构、动力学与热力学性质进行了检验。另一方面，最近有观察指出（F. Martelli 等，ACS Nano，14，8616–8623，2020），氢键网络（HBN）的拓扑是一种非常敏感的度量，在开发新的相互作用势时应加以考虑。本文我们针对 11 种流行的非极化经典水模型，以其作为水性质根源的 HBN 进行了详尽比较。我们利用环统计探测 HBN 的拓扑，并通过检查断裂与完整 HB 的百分比来评估网络质量。对于每种水模型，我们评估其形成六元环（在低温促进结晶）与五元环（已知在低温阻碍结晶）的倾向。随后我们引入网络复杂性指数，这是一个通用描述符，用于量化给定网络的拓扑偏离基态（即六方冰或立方冰）的程度。值得注意的是，我们发现网络复杂性指数首次使我们能够将不同水模型的动力学性质与其底层 HBN 拓扑联系起来。我们的研究提供了一个基准，新模型的性能应据此检验，并引入了一种量化网络复杂性的通用方法，可迁移至其他材料，且将 HBN 拓扑与动力学性质相联系。最后，我们的研究引入了一个新的视角，有助于合理化水及其他材料不同相之间的转变。
引用
@article{arxiv.2101.09160,
title = {Topology and complexity of the hydrogen bond network in classical models of water},
author = {Fausto Martelli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.09160},
year = {2021}
}