Simulación de un modelo simple de celdas compresibles para el estudio del acoplamiento volumen-energía

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se intenta dar soporte experimental al artículo publicado por Claudio A. Cerdeiriña y H. Eugene Stanley, Physical Review Letters 120, 120603 (2018) (DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.120603) que estudia la posibilidad de utilizar un modelo simple de tipo Ising para reproducir el hipotético punto crítico correspondiente a una transición líquido- líquido presente en el agua. El modelo hace uso de una red de moléculas confinadas en celdas compresibles dentro de las cuales las moléculas se pueden mover libremente. Las celdas pueden fluctuar entre dos estados que modifican el volumen de la celda y la energía de interacción con las moléculas vecinas, esto pretende dar cuenta de un potencial intermolecular con dos mínimos correspondientes a las dos fases que se observan en el agua subenfriada, la fase HDA (High density amorphous) y la LDA (Low density amorphous). Para probar este modelo se ha desarrollado un algoritmo de simulación en el colectivo isotérmico-isobárico (NpT) utilizando el lenguaje de programación Python. Los resultados de la simulación se acercan a los valores aproximados de la teoría de campo medio mostrados en el artículo y confirman los indicios de la presencia de un segundo punto crítico.

ABSTRACT: This work aims to provide experimental support to the article published by Claudio A. Cerdeiriña & H. Eugene Stanley, PHYSICAL REVIEW LETTERS 120, 120603 (2018) (DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.120603) that studies the possibility of using a simple Ising-like model to reproduce the hipothetical critical point corresponding to a liquid-liquid transition present in water. The model uses a lattice of molecules confined in compressible cells inside of which the molecules can move freely. The cells can fluctuate between two states that change the volumen of the cell and the interaction energy with the surrounding molecules, this tries to represent an intermolecular potential with two minima that correspond to the two phases observed in supercooled water, the HDA (High density amorphous) and LDA (Low density amorphous) phases. To test this model a simulation algorithm using the isothermic-isobaric ensemble (NpT) has been developed with the programming language Python. The results of the simulation are close to the approximated values of the mean-field theory shown in the article and confirm the signs that point towards the presence of a second critical point.