[论文解读] Comment on "Spontaneous liquid-liquid phase separation of water" by T. Yagasaki, M. Matsumoto and H. Tanaka, Phys. Rev. E 89, 020301 (2014)

David T. Limmer, David Chandler|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2014

Spacecraft and Cryogenic Technologies被引用 3

一句话总结

此评论挑战了Yagasaki等人对过冷水中分子动力学模拟的解释，认为观察到的密度涨落和畴区粗化并不表明存在两种不同的液相或临界行为。相反，这些结果与亚稳态过冷水中的经典粗化动力学一致，不存在液-液临界点或相间有限表面张力的证据。

ABSTRACT

Yagasaki et al. present results from a molecular dynamics trajectory illustrating coarsening of ice, which they interpret as evidence of transient coexistence between two distinct supercooled phases of liquid water. We point out that neither two distinct liquids nor criticality are demonstrated in this simulation study. Instead, the illustrated trajectory is consistent with coarsening behaviors analyzed and predicted in earlier works by others.

研究动机与目标

• 阐明Yagasaki等人模拟结果并未证明水存在两种不同的液相。
• 挑战将观察到的密度涨落解释为液-液临界点的观点。
• 论证系统的行为与非平衡粗化动力学一致，而非相共存。
• 强调有限表面张力（相分离所必需）在数据或先前理论分析中均无支持。
• 重申观察到的现象与过冷水ST2模型中冰成核与粗化现象的既定模型一致。

提出的方法

• 分析在恒定体积和粒子数条件下，过冷水ST2模型的1 μs分子动力学轨迹。
• 将观察到的畴区涨落和界面动力学与Limmer等人（2013年）及Molinero等人的先前理论预测进行比较。
• 采用时间尺度分离分析，以区分早期涨落与后期长程有序行为。
• 评估界面性质，包括表面张力，以检验相共存的可能性。
• 检查畴区尺寸分布和界面涨落，以排除临界行为的可能。
• 利用Yagasaki等人提供的可视化图像与视频，展示畴区及界面形貌的动态演化过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 模拟中观察到的密度涨落是否代表水的两种不同液相共存？
• RQ2 基于该模拟，ST2水模型中是否存在液-液临界点的证据？
• RQ3 观察到的畴区粗化能否由非平衡动力学解释，而非相分离？
• RQ4 表面张力在决定两种液相能否共存中起什么作用？
• RQ5 涨落的时间尺度与振幅是否与既定的粗化理论一致？

主要发现

• 模拟未显示两个畴区之间存在有限表面张力，而这是区分两种液相所必需的。
• 观察到的大尺度界面涨落与临界点行为不一致，后者应表现为多种尺寸的多个畴区。
• 密度涨落的时间尺度（数十纳秒）与长程有序的时间尺度（1 μs后）与先前粗化模型的预测一致。
• 最终状态中，冰与液相之间呈现清晰、静止的界面，与亚稳态系统中相分离的特征一致。
• 系统通过非平衡动力学演化，冰从低密度畴区成核，与早期研究的预测相符。
• 结果完全符合亚稳态过冷水中的粗化行为，而非两种不同液相的共存。