Аномалии и локальная структура жидкой воды от кипения до переохлажденного состояния согласно предсказаниям многотельной модели MB-pol

В течение последних 50 лет исследователи искали молекулярные модели, способные точно воспроизводить микроскопическую структуру воды и её теплофизические свойства в широких пределах сложной диаграммы фаз. В настоящей работе выполнены молекулярно-динамические симуляции с использованием многотельной модели MB-pol для отслеживания термодинамических функций отклика и локальной структуры жидкой воды от точки кипения до глубоко переохлажденных температур при атмосферном давлении. Изотермическая сжимаемость и изобарная теплоемкость демонстрируют максимумы около 223 K, что находится в отличном согласии с недавними экспериментами, а плотность жидкости имеет минимум при ~208 K. Локальная тетраэдрическая конфигурация, при которой каждая молекула воды принимает и отдаёт по два водородных связи, оказывается наиболее вероятной топологией водородных связей при всех температурах. Данное исследование указывает, что MB-pol может обеспечить предсказательную способность для изучения физических свойств жидкой воды в широком диапазоне термодинамических состояний, включая так называемую "no man's land" воды, которую трудно исследовать экспериментально.