我院物理系徐宁教授与英国剑桥大学化学系的Daan Frenkel教授及美国宾夕法尼亚大学物理天文系的Andrea Liu教授合作,在势能图景的统计研究中取得了重要进展,相关的研究论文发表在6月17日的《物理评论快报》上(PRL 106, 245502, 2011)。
由大量相互作用的粒子构成的体系的势能是所有粒子笛卡尔坐标的函数,该函数形成多维空间的复杂曲面,即通常所说的势能图景(Potential Energy Landscape)。势能图景由大量的势阱组成,每个势阱的底部对应着局域的势能最小态,即零温度下处于力平衡状态的亚稳态。在热激发的情况下,系统就会在势能图景中游走。因此,势能图景对研究一系列物理问题,如结晶、熔融、玻璃化转变、塑性形变、蛋白质折叠等等,具有非常重要的作用。
徐宁教授等发展了一套基于统计物理自由能计算的新方法,实现了对单一势阱在位形空间中占据体积的直接计算,从而可以通过采样统计的办法获得势能图景中势阱的个数和位形熵。与以往基于平衡统计物理的近似方法不同,该方法不依赖于任何假设,因此,对于一系列基于势能图景的统计理论的建立和完善来说,该方法本身就是个重要结果。此外,该方法透射出的理念也为一系列相关工作的开展指引了方向。