在压力作用下L-丝氨酸中的熵驱动等对称相变：一项周期性密度泛函理论（DFT）研究 Anna Maria Mazurek、Monika Franczak-Rogowska 和 ?ukasz Szeleszczuk

《Crystals》：Entropy-Driven Isosymmetric Phase Transition in L-Serine Under Pressure: A Periodic DFT Study Anna Maria Mazurek, Monika Franczak-Rogowska and ?ukasz Szeleszczuk

　　摘要 要理解分子晶体中由压力引起的各向对称相变，需要考虑结构和热力学因素，特别是在氢键系统中。在这项工作中，采用了周期性密度泛函理论（DFT）计算来研究L-丝氨酸的压力依赖行为，并阐明其实验观察到的从相I到相IV的相变起源。在常压和8.8 GPa下进行的几何优化再现了晶格的压缩以及相IV的压力驱动稳定。然而，没有观察到羟基的自发重新排列，这表明这种转变无法在纯静态框架内解释。为了进一步探索系统的稳定性，生成并分析了一系列具有不同羟基取向的修改后的晶体结构，发现常压下的能量景观非常复杂，而在压缩作用下显著简化。在准谐近似下的声子计算表明，实验观察到的相I结构不是由焓稳定，而是由振动熵稳定，其贡献随温度增加而增加。这些结果表明，L-丝氨酸的相变受到晶格能量、氢键重排和振动效应相互作用的控制，并强调准确描述此类系统的多态稳定性需要同时考虑静态和动态贡献。

1. 引言
压力是一个强大的热力学变量，它可以显著改变分子晶体的结构、能量和动态性质。虽然温度主要增加分子运动和熵，但压力直接修改了分子间距离和取向，经常导致氢键网络的重组、构象变化和新多态形式的形成。因此，高压研究已成为探测复杂能量景观和在常压条件下无法达到的相的重要工具[1,2,3]。
分子晶体中的压力诱导相变通常根据对称性变化和转变路径进行分类。大多数涉及空间群对称性或单元胞倍数的变化；然而，各向对称相变（IPTs）代表了一类罕见且概念上有趣的转变。在IPTs中，空间群、Wyckoff位置和单元胞中的分子数量保持不变，而晶格参数、弹性性质、振动光谱或分子排列的不连续性表明发生了相变[4,5]。这类转变挑战了传统的朗道型描述，需要详细的结构和热力学分析。
已在有限的分子固体中报告了IPTs，包括甘氨酰甘氨酸[6]、L-组氨酸[7]、氯噻嗪[8]、联脲[9]和磺胺酸[10]。在这些系统中，转变是由氢键网络的微妙协同重排和静电相互作用驱动的，而不是由对称性破缺驱动的。因此，IPTs在氢键晶体中特别相关，在这些晶体中，多个弱相互作用稳定了竞争的多态形式。
氨基酸是一类重要的氢键分子固体，被广泛用作研究不同热力学条件下的分子间相互作用、结构柔韧性和相行为的模型系统。除了它们的生物学相关性外，许多氨基酸晶体还表现出非线性光学响应[11]、压电性[12]和铁电行为[13]等功能性，这进一步激发了对其结构稳定性和多态性的研究[14]。
L-丝氨酸（HOCH2–CH(NH3+)–COO?）是这类系统的典型例子。在固态下，它以两性离子的形式存在，形成了一个广泛的三维氢键网络，涉及铵、羧基和羟基。这个网络创建了一个密集但可适应的晶体结构，对外部压力非常敏感，使得L-丝氨酸成为研究压力诱导多态性和动力学效应的模型系统。
在常压条件下，L-丝氨酸结晶为正交空间群P212121，每个不对称单元包含一个分子（Z′ = 1），每个单元胞包含四个分子（Z = 4）[15,16]。剑桥结构数据库中报告了多种晶体结构，其中相I的特征是晶格参数a = 5.6193(14) ?, b = 8.519(3) ?, c = 9.264(3) ?[17,18,19,20]。该结构由强N–H···O相互作用形成的头尾链组成，通过O–H···O氢键相互连接，从而形成了一个协同的三维网络。
在压缩作用下，L-丝氨酸经历了一系列压力诱导的相变。早期研究在大约5 GPa和8 GPa时识别出了高压多态体（相II和III）[21,22]，两者都保持了原始的空间群对称性，因此符合IPTs的标准。随后的同步辐射研究表明，在特定压缩条件下出现了一个额外的多态体，即相IV（图1），该相在至少9.5 GPa时仍然稳定[16]。这些转变与羟基取向的变化和氢键网络的协同重排有关。图1. L-丝氨酸的（A）相I和（B）相IV的单元胞。灰色：碳，蓝色：氮，红色：氧，白色：氢。Rychkov等人[23]之前报道了对L-丝氨酸多态体中压力诱导相变的详细计算研究，他们使用了带有色散修正和外部应力的周期性DFT计算来分析压力下的结构转变。在那项工作中，相变主要用焓变化和体积减小来解释，将单元胞体积的减小视为关键的宏观驱动力。在微观层面上，该机制归因于选定氢键的过应变，导致类似马氏体的协同转变。
然而，尽管有详细的结构和能量分析，但并没有明确考虑振动对热力学稳定性的贡献。因此，熵在稳定竞争多态体中的作用仍然没有解决。
详细的衍射研究表明，I→II转变涉及晶格参数的突然变化和氢键重排，但没有对称性减少[21,22]，而II→III转变导致进一步致密化[21]。重要的是，相IV并不是从相II演变而来的，而是在缓慢压缩下直接从相I形成的，而快速压缩则有利于I→II途径[16]。
这些观察结果突显了动力学效应在L-丝氨酸压力诱导行为中的关键作用。相变的顺序和可逆性强烈依赖于压缩速率和应力条件，表明亚稳态相可能在不平衡条件下被捕获，而较慢的压缩允许进入替代途径[16]。实验数据的解释因动力学控制和与相变相关的能量障碍以及在高压力条件下直接获取热力学性质的局限性而变得复杂。
密度泛函理论（DFT）计算为分子晶体建模提供了强大的框架。在多态系统中，结构差异源于分子间相互作用的变化，包括氢键、静电和色散力[24,25,26]。因此，基于孤立分子的方法是不够的，准确描述多态性需要显式处理周期性晶体结构[27,28]。
在周期性边界条件下的周期性DFT计算现在是模拟分子固体的标准方法，能够准确表示集体分子间相互作用。使用平面波基组和赝势确保了计算效率和系统收敛性，这对于研究压力依赖的结构变化至关重要[27,28,29,30]。
在这项工作中，我们通过准谐近似下的声子计算显式纳入了振动对热力学稳定性的贡献，扩展了之前的计算研究。这种方法使我们能够超越纯焓驱动的解释，评估L-丝氨酸多态体在压力下的完整吉布斯自由能景观。特别是，我们证明了在常压条件下相I的实验观察到的稳定性是由振动熵控制的，突显了动态效应在压力诱导各向对称相变中的重要性。

2. 材料和方法
使用Materials Studio 2020中实现的CASTEP代码[31]进行了密度泛函理论（DFT）计算，包括焓最小化、声子色散和态密度分析。所有计算都采用了平面波赝势形式。使用了即时生成的（OTFG）保范数赝势（H_2017R2ncp.otfg用于H，N_2017R2ncp.otfg用于N，O_2019ncp.otfg用于O，C_2017R2ncp.otfg用于C），这些赝势是在Koelling–Harmon标量相对论方案中生成的。在几何优化过程中，通过在周期性DFT框架内加入对应于目标压力的应力张量来施加外部压力，从而允许在压力条件下同时放松原子位置和单元胞参数。

2.1. DFT泛函和色散修正方法
本研究中使用的DFT泛函和色散修正在表1中列出。考虑了不同的泛函-色散组合，以评估它们在描述系统结构和能量性质方面的相对性能。

2.2. 几何优化
使用有限内存Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno（LBFGS）算法和有限基组修正（“smart”方案）进行了几何优化。平面波动能截止（Ecut）被优化并设置为1020 eV。布里渊区采样使用Monkhorst–Pack k点网格进行，间距小于0.07 ??1。
实验晶体结构L-丝氨酸（CSD参考代码LSERIN20和LSERIN50）被用作初始模型。应用了两种优化方案：（i）“full + cell”，其中 relaxation 了原子位置和晶格参数；（ii）“atoms”，其中仅 relaxation 了原子位置，而晶格参数保持在实验值。所有计算都没有空间群对称性约束。
收敛标准设置为总能量的5 × 10?6 eV/atom，力的1 × 10?2 eV/?，应力的2 × 10?2 GPa，以及原子位移的5 × 10?4 ?。对于单元胞优化，使用了固定基组质量方法，SCF收敛阈值为5 × 10?7 eV/atom。

2.3. 热力学参数
声子频率使用密度泛函微扰理论（DFPT）通过动态矩阵的对角化来计算。DFPT通过评估电子结构对扰动的响应来提供声子性质，无需显式原子位移。声子计算和热力学性质是使用CASTEP中可用的密度泛函微扰理论（DFPT）实现得到的，无需使用外部软件。
动态矩阵计算的q点采样由Monkhorst–Pack网格定义，间距为0.05 ??1。力常数的收敛阈值设置为1 × 10?5 eV/?2。基于优化结构的声子色散关系、声子态密度（phonon DOS）和电子态密度（DOS）进行了计算。对于声子色散计算，倒易空间路径上q点之间的间距设置为0.015 ??1。DOS计算使用了3 × 3 × 3 Monkhorst–Pack k点网格，对应的q点间距为0.04 ??1。
热力学性质是在准谐近似下推导出来的，包括零点能量（Ezp）、熵（S）、吉布斯自由能（G）和焓（H）作为温度的函数，使用Baroni等人[45]报告的方程（1）–（4）。在这些表达式中，ω表示声子频率，F(ω)表示声子态密度，Etot表示0 K时的总电子能量，k表示玻尔兹曼常数，?表示约化普朗克常数。

3. 结果
3.1. 1 atm和8.8 GPa下L-丝氨酸的几何优化
在常压（1 atm）和8.8 GPa条件下对L-丝氨酸的相I和相IV进行了几何优化，包括原子位置和单元胞参数的完全放松。选择8.8 GPa的压力是为了对应于实验观察到的高压范围，在该范围内观察到L-丝氨酸多态体，并能够与现有的结构数据进行直接比较。
为了能够直接比较两种多态体之间的结构，将相I的实验单元胞（Z′ = 1）沿a轴扩展了三倍，以匹配相IV的超胞表示（Z′ = 3），从而获得可比的晶格尺寸和分子排列。这种计算方法，涉及在不同压力下（包括超出其实验稳定范围的条件下）优化晶体结构，之前已经应用于L-丝氨酸多态体的研究，用于合理化相变机制和不同形式的相对稳定性[23]。
在1 atm下的优化有两个目的：（i）通过与实验单元胞参数的比较来评估不同DFT泛函的性能（表1）；（ii）选择最可靠的方法进行后续计算，包括声子分析。正如预期的那样，泛函的选择显著影响了计算的结构参数。
结果（表2）显示，根据计算方法的不同，结果有相当大的变化。例如，晶格参数a的范围从16.372 ?（RPBE-TS）到17.569 ?（RPBE without dispersion），与实验值相比偏差接近1 ?。其余晶格参数和单元胞体积也观察到类似的趋势。色散修正系统地提高了与实验的一致性，而没有色散的方法倾向于高估分子间距离和单元胞体积。在测试的方法中，meta-GGA功能RSCAN与实验数据的吻合度最高。表3提供了在6.64 GPa下的实验第四相数据与在1个大气压下优化的结构之间的比较。表2显示了在1个大气压下实验测定的L-丝氨酸第一相的晶胞尺寸与几何优化后的晶胞尺寸的比较。表3显示了在6.64 GPa下实验测定的L-丝氨酸第四相的晶胞尺寸与在1个大气压下几何优化后的晶胞尺寸的比较。随后在高压条件（8.8 GPa）下对这两种多形体进行了几何优化（表4和表5）。计算出的结构再现了实验观察到的晶格压缩现象，所有晶胞参数均相对于室温条件有所减小。压缩具有各向异性，反映了氢键网络的方向性特征，其中沿c轴的收缩最为明显。表4显示了在8.8 GPa下实验测定的L-丝氨酸第一相的晶胞尺寸与几何优化后的晶胞尺寸的比较。表5显示了在8.8 GPa下实验测定的L-丝氨酸第四相的晶胞尺寸与几何优化后的晶胞尺寸的比较。重要的是，在几何优化过程中没有观察到羟基的自发重新排列。在8.8 GPa下优化的第一相保持了其原始的羟基取向，没有转变为第四相的特征构型。同样，第四相结构也保留了它们最初的羟基排列。这表明，与相变相关的羟甲基旋转无法在纯粹的静态DFT框架内实现，表明存在一个能量障碍分隔这两种构型。这种行为与实验观察结果一致，实验将相变归因于羟甲基和氢键网络的合作性重排。这些集体过程可能需要克服能量障碍，仅靠标准的几何优化是无法捕捉到的。因此，虽然静态DFT计算正确再现了多形体的压力依赖稳定性，但仍需要额外的方法（如基于声子的热力学分析）来全面描述这种等对称相变的机制。通过对第一相和第四相之间计算出的能量差异的进一步分析，获得了关于这两种多形体相对稳定性的更多见解（表6和表7）。在常压下，所有计算方法得出的ΔE（第一相—第四相）值为负，确认第一相对第四相对能量更稳定，这与实验观察结果一致，因为在常压下第一相是唯一稳定的多形体。然而，在高压下，这种关系发生了显著变化。如表7所示，许多经过色散校正的方法在8.8 GPa下预测ΔE值为正，表明第四相对压缩更有优势。在几种情况下，ΔE接近零，表明在高压条件下这两种多形体几乎具有相同的能量。这种小的能量差异是分子晶体多形体的特点，其中竞争结构之间的稳定性仅相差几kJ/mol，使得它们的相对稳定性对外部条件（如压力和温度）非常敏感。使用PBE-TS泛函计算的L-丝氨酸第一相和第四相之间的晶格能量差异（图2，表S1）显示了它们相对稳定性的明显压力依赖性趋势。在低压下，ΔE值强烈为负，表明第一相对热力学上更受青睐。随着压力的增加，ΔE的绝对值减小，反映了第一相对能量的偏好逐渐降低。图2显示了使用PBE-TS泛函计算的L-丝氨酸第一相和第四相之间晶格能量差异的压力依赖性。零参考值对应于第一相和第四相的晶格能量相等。灰色阴影区域（5.4–5.8 GPa）表示Fisch等人[16]报告的在缓慢压缩条件下第四相开始出现的实验压力范围。这一趋势表明，在压缩过程中稳定第四相的分子间相互作用变得逐渐更有利，可能是由于氢键网络的压力诱导重排和分子包装效率的提高。这种行为的一个关键特征是ΔE在6.8 GPa和7.2 GPa之间的符号反转，标志着第四相对第一相对能量更稳定的转折点。这个压力范围与实验观察结果相当，实验报道称在缓慢压缩下第四相的开始压力大约在5.4–5.8 GPa[16]，尽管在计算中这个转变发生在稍高的压力下。晶格能量的这种交叉通常被解释为计算上压力诱导相变的证据，对应于两种多形体之间热力学稳定性的反转。ΔE变化的渐进性质表明，这种转变是由分子间相互作用的连续变化驱动的，而不是突然的结构重排。计算和实验转变压力之间的差异（大约1 GPa）在周期性DFT方法对分子晶体的典型精度范围内[46,47,48]。这种差异可能源于交换-相关泛函的近似性、色散校正的局限性以及对非谐效应的忽略。此外，实验条件（如非静水应力）和动力学障碍也可能影响观察到的转变压力。这项研究的下一阶段涉及从实验确定的第一相和第四相派生出的改性L-丝氨酸晶体结构的优化。初始晶胞参数保持不变，而晶格中选定分子的–CH2OH侧链内羟基的取向系统地进行了变化。通过改变羟基的取向同时保持整体晶体包装和晶格拓扑结构，生成了多种配置。然后对这些配置进行了完整的几何优化。这种方法旨在再现多形体之间观察到的结构差异，并评估是否可以通过羟基的合作性重新排列在计算上捕捉到压力诱导的相变。生成的配置由每个分子中晶格内羟基的取向定义。取向是根据晶体学轴来描述的，沿c方向看时，a轴为水平方向，b轴为垂直方向。这些配置是基于结构基元中的三个参考分子构建的，这些分子的羟基可以采取三种可能的取向：向上、向左或向右，分别用U、L和R表示（图3）。对于第四相（Z′ = 3），这导致总共27种可能的配置，对应于三个对称无关分子中羟基取向的所有组合。每种配置都使用一个三位代码进行标记，以反映参考分子中羟基的取向，此后称为配置标签。图3显示了具有定义羟基取向的L-丝氨酸第四相的非对称单元：向上（U）、向右（R）、向左（L）。为了检验生成的配置的相对稳定性，在常压（1 atm）和高压（8.8 GPa）下评估了晶格能量差异，如表8和表9所示。在1 atm下，所有能量都是以实验观察到的第一相配置（UUU）为参考的；而在8.8 GPa下，值是相对于第四相配置（URL）计算的。优化后的结构参数和总能量分别提供在表S1和表S2中。表8显示了在1 atm下使用PBE TS泛函优化的L-丝氨酸第一相（UUU）和从第一相及第四相派生的配置之间的能量差异。负值用粗体表示。表9显示了在8.8 GPa下使用PBE TS泛函优化的L-丝氨酸第一相（UUU）和从第一相及第四相派生的配置之间的能量差异。在常压条件下，实验观察到的第一相配置（UUU）并不对应于最低能量的结构。几种替代配置，特别是LLL和UUL，表现出显著更低的晶格能量，其中LLL代表了分析结构中的全局最小值。这表明，在静态DFT框架内，有多个配置在能量上比实验观察到的更具有优势。能量差异的幅度达到几十kJ/mol，突显了与不同氢键基元相关的复杂能量景观的存在。在8.8 GPa的压缩下观察到了明显不同的行为。在这种情况下，对应于第四相（URL）的配置成为最稳定的结构。只有少数配置，如UUL和URU，在能量上接近，而大多数配置则显著不稳定。这些结果表明，增加的压力不仅改变了配置的相对能量排序，还有效减少了能量可达到的最小值的数量。在常压条件下，尽管有多个配置具有竞争力，但压缩更有利于一组有限的结构。特别是URL配置的稳定以及其他排列的不稳定性与实验观察到的向第四相的压力量变一致。总体而言，这些结果表明，周期性DFT计算能够一致地描述L-丝氨酸多形体在压力下的结构压缩和相对能量稳定性。尽管在静态几何优化中无法直接再现等对称相变，但计算出的能量趋势清楚地支持了实验观察到的第四相的压力诱导稳定。这些发现提供了关于控制相变的热力学驱动力 important insights，并突出了静态方法在捕捉合作性结构转变方面的局限性。尽管声子色散和声子态密度的计算具有相当大的计算成本，但它们提供了关于压力下多形体热力学稳定性的重要见解。使用PBE-TS泛函在8.8 GPa下计算的第一相和第四相之间的热力学量（Δ、Phase I–Phase IV）的差异，包括吉布斯自由能（ΔG）、焓（ΔH）和熵贡献（TΔS）随温度的变化，如图4所示。图4显示了在8.8 GPa下使用PBE TS泛函模拟的结构的热力学参数（吉布斯自由能（?G）、焓（ΔH）和温度乘以熵（T?S）随温度的变化。零参考值对应于第一相和第四相的热力学性质相等。计算出的ΔG值揭示了两个相之间稳定性的温度依赖性转变。在大约125 K以下，ΔG保持正值，表明在低温范围内第四相对热力学上更稳定。在这个温度以上，ΔG变为负值，表明在第一相对较高温度下更稳定。自由能差异的幅度很小，大约为几kJ/mol，这是分子晶体多形体的典型特征，突显了竞争结构之间的微妙平衡。这种行为表明，即使是微小的熵贡献也可以决定相的相对稳定性。用于声子计算的配置是基于从实验确定的第一相和第四相派生出的结构的初始几何优化结果选择的。采用的符号反映了晶格内羟基的取向以及原始相。三位代码表示每个参考分子中羟基的取向，如上所述，而后缀（I或IV）表示配置是从第一相还是第四相派生的。实验观察到的结构表示为exp-I，对应于UUU配置。值得注意的是，exp-I结构在1 atm下并不对应于最低能量的配置。在静态DFT框架内，几种替代排列在能量上更有优势。这种实验稳定性和晶格能量之间的差异表明，仅靠静态能量考虑不足以描述系统的相对稳定性。为了解决这个问题，对优化阶段确定的低能量配置进行了声子计算。这种方法使得可以对振动贡献对相稳定性的影响进行明确评估。基于计算出的声子属性，评估了配置之间的吉布斯自由能差异（ΔG）作为温度的函数（图5）。对于每个温度，采用最低的ΔG值作为参考（Min = 0），从而可以直接比较相对热力学稳定性。在1大气压下，使用PBETS泛函对L-丝氨酸结构进行建模时，其吉布斯自由能（?G）的热力学参数随温度的变化差异（第一阶段至最小值）。零参考值对应于热力学上最稳定相的晶格自由能。在低温下，标记为GLG-IV的构型始终是最稳定的，在较宽的温度范围内表现出最低的ΔG值。其他构型的能量明显较高，表明在谐波近似下，GLG-IV在晶格能量和振动贡献之间提供了最有利的平衡。随着温度的升高，相对于参考构型，exp-I的ΔG逐渐减小，这反映了振动熵的重要性逐渐增加。这一趋势在大约200 K以上尤为明显。在245 K左右，热力学稳定性发生交叉，此时exp-I成为最稳定的构型。这种行为与实验观察结果一致，即在常温条件下Phase I是稳定的。这一结果清楚地表明，exp-I在高温下的稳定性不仅仅由焓控制，还受到振动熵的显著影响。因此，相行为可以被描述为熵驱动的，晶格动力学在较高温度下有利于实验观察到的结构。

相比之下，大多数其他构型（不包括GLG-IV）的ΔG随温度呈单调增加，导致它们逐渐变得不稳定。因此，在实验相关条件下，它们不太可能代表热力学上有竞争力的相。总体而言，这些发现表明观察到的相行为不能仅用静态晶格能量来解释。相反，它是由于氢键模式和晶格动力学的微妙差异在温度依赖的振动贡献作用下被放大的结果。这支持了一种机制，即L-丝氨酸中的IPT（异构相变换）是由分子间相互作用和集体声子模式之间的微妙平衡所控制的，振动熵在稳定实验观察到的相中起着决定性作用。在298 K时对热力学贡献的比较（表10）进一步揭示了相稳定性的起源。将吉布斯自由能分解为焓和熵组分可以看出，exp-I的稳定性并非来源于焓。实际上，exp-I的焓（H）并不是最低的，因为有几个其他构型的H值更低。相反，它的稳定性主要由较大的振动熵贡献（TΔS）驱动，这补偿了不太有利的焓。热力学量的相对较小差异表明，多个构型在能量上相似，并且在狭窄的热力学窗口内可能存在竞争。这证实了在常温条件下Phase I的稳定性是由焓和熵贡献之间的微妙平衡所决定的。特别是，振动熵在高温下稳定了Phase I，这与L-丝氨酸中熵驱动的相变的性质一致。

**结论**
本研究的结果表明，周期性DFT计算能够一致且可靠地描述L-丝氨酸的压力依赖结构和能量行为，成功地再现了在较高压力下Phase IV的稳定化现象。计算出的晶格能量趋势揭示了Phase I和Phase IV之间的稳定性逐渐逆转，这与实验观察到的压力诱导的各向同性相变一致。同时，几何优化过程中没有观察到羟基的自动重新定向，表明这种转变不能仅用静态框架来解释，这指出了能量障碍的存在以及结构重组的协同性质。对替代羟基构型的分析显示，在常温条件下存在一个复杂的能量景观，其特征是多个与不同氢键模式相关的局部最小值。在压缩作用下，这一景观显著简化，能量可访问的构型数量减少，且对应于Phase IV的排列得到明显稳定。这种行为反映了分子堆积效率和氢键重组在压力下的重要性。通过声子计算纳入振动贡献，解决了实验观察结果与静态晶格能量结果之间的明显差异。实验观察到的Phase I结构虽然不对应于最低的晶格能量，但在常温条件下主要由振动熵稳定。这表明L-丝氨酸的相行为不能仅用焓来解释，而是由能量和熵贡献之间的微妙平衡所产生。此外，本研究强调了在模拟压力下的分子晶体时仔细选择泛函-色散组合的重要性，因为不同的方法可能导致预测的结构和能量属性有显著差异。重要的是，结果表明，仅晶格能量不足以描述多态稳定性，必须将振动贡献纳入吉布斯自由能中，才能捕捉到实验观察到的相行为。更一般地说，将温度依赖的热力学效应纳入高压相变的研究中，可以提供更完整和物理上有意义的描述，深入理解其机制和稳定性关系。总体而言，L-丝氨酸中的压力诱导各向同性相变是由氢键重排、晶格压缩和振动动力学之间的协同作用所控制的。这些发现突出了结合静态DFT计算与基于声子的热力学分析的必要性，以便全面理解分子晶体的多态稳定性，尤其是在熵起决定性作用的系统中。这种熵驱动效应已在包括甘氨酸等氨基酸和扑热息痛等药物化合物在内的多种分子晶体系统中被报告，其中多态体之间的微小能量差异受到振动贡献的显著影响。

**补充材料**
以下支持信息可在以下链接下载：
https://www.mdpi.com/article/10.3390/cryst16040266/s1
- 表S1：在不同压力下使用PBE TS泛函优化的L-丝氨酸的Phase I和Phase IV之间的能量差异；
- 表S2：在1大气压下使用PBE TS泛函几何优化的L-丝氨酸Phase I和Phase IV的生成构型的晶胞尺寸；
- 表S3：在8.8 GPa下使用PBE TS泛函几何优化的L-丝氨酸Phase I和Phase IV的生成构型的晶胞尺寸。