凝视水晶球以增进对成核的理解

结晶是通过两个阶段：成核和生长，液相或气相中无序分子转变为高度有序的固态晶体的物理现象。结晶在材料和自然科学中非常重要，因为它会在多种材料中发生，包括金属，有机化合物和生物分子，因此希望全面了解此过程。

由悬浮在液体中的硬球组成的胶体通常用作研究结晶的模型系统。多年来，在硬球胶体的计算模拟和实验测量成核速率之间已观察到多达十个数量级的巨大差异。通常通过不考虑流体动力学相互作用（溶剂分子之间的相互作用）的模拟来解释这种差异。东京大学工业科学研究所，牛津大学和萨皮恩扎大学的研究人员最近联手进一步探讨了这种解释，以求出实际成核速率与计算成核速率之间的差异。

这项合作首先开发了一种硬球胶体模型，该模型可以可靠地模拟实际硬球系统的实验热力学行为。接下来，他们进行了模型系统的结晶模拟，考虑并忽略了流体动力学相互作用，以阐明这些相互作用对结晶行为的影响。

研究主要作者Michio Tateno说：“我们最初设计了一个仿真模型，可以精确地再现硬球系统的真实热力学。”“这证实了该模型在进一步仿真中的可靠性和适用性。”

使用已开发的模型忽略并考虑了水动力相互作用而获得的模拟结果表明，水动力相互作用不影响成核速率，这与普遍的共识相反。有和没有流体动力相互作用的计算中，成核率与硬球比例的关系图都是相同的，并且也与另一个研究小组报告的结果一致。

高级作者Hajime Tanaka解释说：“我们在使用开发模型的情况下进行了计算，而未考虑流体动力相互作用。”“在两种情况下，晶体成核速率的计算都相似，这使我们得出结论，流体动力学相互作用不能解释实验和理论上获得的成核速率的巨大差异。”

研究小组的发现清楚地表明，流体动力相互作用并不是实验成核速率与模拟成核速率之间存在巨大差异的根源。他们的结果进一步加深了我们对结晶行为的理解，但仍无法解释这种大差异的起源。

参考：Tichino Tichino，Yagigishima Taiki，John Russo和Hajime Tanaka撰写的“流体动力学相互作用对胶体结晶的影响”，2019年12月20日，《物理评论快报》。
10.1103 / PhysRevLett.123.258002