凝聚态物理 > 软凝聚态物理
[提交于 2025年9月30日
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标题: 分层自组装的结构和组成复杂性:超图方法
标题: Structural and Compositional Complexities of Hierarchical Self-Assembly: a Hypergraph Approach
摘要: 可编程自组装使从精心设计的构建模块中构建复杂的分子、超分子和晶体结构成为可能。 在这里,我们引入了一种基于超图的框架,称为块与键(B&B),它扩展了经典的化学图论,以编码定向多色相互作用、构建模块的内部对称性以及层次化组织。 在该框架内,我们开发了一种通用脚本,结构代码,用于编码复杂的超图结构。 本着柯尔莫哥洛夫的方法,我们将结构复杂性定义为编码自组装结构所需的最小信息量。 它由组成复杂性补充,捕捉构建模块的多样性。 这两个度量通过复杂性不等式相关联,该不等式指出,在可编程组装中,结构复杂性不能超过组成复杂性,并且可以识别出违反情况,这些情况表明出现复杂性。 对分子系统(乙二醇、葡萄糖)和可编程DNA折纸晶格的应用展示了B&B超图和结构代码如何自然地捕捉模块化、立体化学和晶体学秩序,同时实现结构信息的显著压缩。 这种方法提供了一种统一且可扩展的语言,用于在不同尺度上分类复杂性,将信息理论与可编程物质的设计联系起来。
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