低过饱和度下带电胶体的两阶段结晶

我们报告了针对低和高接触能值两种情况，带电胶体均匀液相 -fcc 成核的模拟结果。作为晶体形成的前驱，我们在晶体将要形成的位置观察到局部有序度增加，但未发现其与局部密度的相关性。因此，成核是由有序度涨落而非密度涨落驱动的。我们的结果还表明，在这两种情况下，相变都涉及两个阶段：首先是液相 -bcc 转变，随后是 bcc-hcp/fcc 转变。这两个转变都必须克服自由能势垒，因此首先形成一个球形类 bcc 团簇，最终的类 fcc 结构主要在微晶表面成核。这意味着 bcc-fcc 相变是一种异质成核，尽管我们是从均匀体相液体开始的。bcc-hcp/fcc 自由能势垒的高度强烈依赖于胶体的接触能。对于低接触能，该势垒较低，使得 bcc-hcp/fcc 转变自发发生。对于较高接触能，第二个势垒太高，胶体系统无法自发跨越。然而，有可能通过棘轮机制使系统跨越第二个势垒，并将 bcc 核转化为稳定的 hcp/fcc 相。这些转变由第一个液相 -bcc 转变主导，并可使用有效表面张力通过经典成核理论（Classical Nucleation Theory）进行描述。