拓扑限制对环形链受限于狭缝中的自由能和空间性质的影响

• 作 者: 李冰 孙昭艳 安立佳 王振纲
• 机 构: 中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室,长春,130022美国加州理工学院,加州帕萨迪纳市,91125
• 出 处: 2014年大分子体系理论、模拟与计算研讨会
• 发表日期: 2014年6期
• 关键词: 拓扑限制 受限自由能 微扰理论 环形链

　　拓扑作为一个重要的概念,在高分子材料的粘弹性以及生物大分子的复制、转录过程中具有重要的作用.环形高分子,由于其自身具有一定的拓扑结构,经常被用来研究拓扑对体系性质的影响.在本文中,我们通过一个无排斥体积的非格子高分子链模型来研究当环形高分子受限于平板时拓扑限制对其自由能和空间性质的影响.在模拟过程中,拓扑结构的保持是通过禁止键交叉的发生来实现的.采用伞形抽样和权重直方图分析方法来计算受限自由能以及高分子线团的尺寸.我们研究了链长50至1000的高分子链在受限空间中的平衡态性质.为了确保所用模型的可靠性,首先我们研究了线形高分子链受限于两平板间时受限自由能以及高分子线团的尺寸随链长以及受限程度的标度关系,得到尺寸与链长的标度指数为v=0.499,其与高斯链的标度指数相一致,这表明我们的高分子链模型中不存在体积排斥相互作用.然而对于固定拓扑结构(平凡结)的环形链而言,其自由能和均方回转半径的标度行为呈现出不同的趋势,而这种奇特的标度行为主要是由于高分子链自身的拓扑限制造成的.事实上,对于理想环形链来说,由于平板间距的减小使得粒子密度增加,因而其纽结概率随着平板间距的减小而增加.然而,对于拓扑限制的环形链来说,为了保持其原有的拓扑结构,环形链将沿着平板方向进行扩张,以减小粒子密度.因此,对于拓扑限制的环形链而言,这种由于受限所形成的”受限团”之间的相互不可贯穿性使得本无体积排斥相互作用的环形链产生了类似于排斥体积的效应.如图1所示,我们进一步运用微扰理论进行分析,发现拓扑限制的环形链在受限条件下的标度行为类似于二维自回避行走链模型.