趋于阻塞态的结构玻璃中的自由能景观与临界响应
发布时间：2020-12-29 20:37
大部分液态物质在快速冷却或压缩的情况下都能形成玻璃:体系越过结晶点,动力学急剧变慢,并最终形成可以承受剪切等负载的无序固体。由于结构对称性破缺的缺失,热力学上,玻璃化转变理论的序参量不显然,热力学理论众说纷纭。对比体系的结构与液体没有明显的变化,玻璃化转变的动力学弛豫的改变却可以高达数十个量级,因此也有部分物理学家试图从纯动力学角度解释玻璃。尽管理论众多,但大部分停留在唯象层面,仅能解释某些特定的现象,而且无法给出有效预言。另一方面,真实玻璃被证明存在众多竞争因素,使得实验或模拟难以精确地验证理论。无序固体研究的另一条支线是阻塞（Jamming）转变:热涨落可以忽略的粒子集合从松散组织转变至刚性固体的过程。Jamming最先被模拟发现在某些条件下是种临界现象,包括非平庸的标度律和临界响应,一些临界指数被后续的工作反复确认,有着很高的数值精度。尽管有理论给出了一些定量的解释,Jamming转变缺乏从微观机制出发的理论。此外,由于Jammed态和玻璃态都是无序固体,两者之间的关系一直备受关注。近年来,上述问题取得了重要进展。非晶序的平均场理论预言了一种发生在深过冷玻璃区的亚稳态-临界稳定的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．２二维过冷液体的实空间位移图，颜色代表粒子的移动大小，从深红色到深蓝色，移??动从小到大，范围为一个粒子直径
级相变中的标志性长程涨落［８］，这使得人们开??始考察动力学在实空间中的细节，尽管系统是平移不变的［６５，６９＿７（）］。??ｒ＊１＇…．一?＇一．－．．一―沾．…—?－?３．０??１０１?ｊ?一??ｉ?１〇？?！?確么，２．５?Ｔ＝０．４４６；Ｘ＝２５０００??．爲之雄，，２０?丁職祕６??－Ｍ?１＝０４６６?ｊ?１．５??—卜．。？??ｉ〇－５?ｊ?￥?！?〇．５?Ｊｙ??…￥２＇ｎ５?０?０?一一＿—／??ｔ?０．０?１０．０?２０．０?３０．０??图２．１双分散ＬＪ体系中Ａ粒子在不同温度下的动力学与结构。左图：均方位移对??时间／的函数；右图：静态结构因子只０。不同曲线对应不同温度ｒ下的结果，从??ｒ＝?１．０到ｒ?＝?０．４４６，弛豫时间ｒ提高了约四个量级。摘自文献Ｎ１。??图２．２二维过冷液体的实空间位移图，颜色代表粒子的移动大小，从深红色到深蓝色，移??动从小到大，范围为一个粒子直径。移动能力强的粒子和移动能力弱的粒子在实空??间各自聚集，对应系统呈现动力学异质性。摘自文献１７１１。??直接观测过冷液体的粒子在实空间中的位移，人们发现，不同区域的粒子显??示出显著的差异。如图２．２所示，位移较大的粒子（红色）在实空间中呈现出聚??集倾向，说明，相对平衡态液体中的短程关联动力学，过冷液体中存在大尺度的??协同运动。此外，粒子的移动能力可以随时间发生改变，在一段时间内保持振动??的粒子，可能在其他时间段发生逃逸。这种时空不均匀性被称为动力学异质性??（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ）ｍ，这并非过冷液体和玻璃中特有的现象，相共存、带??有缺陷或晶界的晶体等体系中也存在有这种
无法归因于异质粒子，另一方面，我们将看到过冷液体中的动力学异质性随着温??度的降低增强，有别于缺陷机制［６＿７］。??（１．ｓ?＿?－??ｃ?〇．〇?－?＼?＼＼?＼＂＼?＼＼??ｅ?０．４?－?＼?＼?＼?＼＼＼＼?－??？．２－?＼?＼＼?＼＼＼?＼?＊??０??＼?＼?＼?＼?Ｖ?ｖ??＾?Ｈ）?５?－??＼?Ｔｕ??ｊ＾ｊ?＿Ｍｊｃｒ＜＞８ｃ．ｕｐＨ?；?Ｅａｒｌｙ?Ｂ?：?Ｌａｔｔ５?３?－??１０°?１０－?Ｋ）１?ｌ?ｉｆ?ｉ（ｆ??１??图２．３不同温度下的ＬＪ过冷液体的中间散射函数Ｆ办，？）（上图）和四点动力学极化率??７４（〇。曲线从左至右，温度逐渐降低，最低温度下的数据由方点标出。為⑴在弛豫??时间附近丨？Ｌ有最大值。摘自文献网。??从以上描述可知，过冷液体中的动力学异质性的关键在于分区域的协同运??动，可以引入四点关联函数描述［７２］，??Ｇ４（ｒ，?ｔ）?＝?（ｐ（０，０）ｐ（ｒ，?０）ｐ（０，?ｔ）ｐ（ｒ，?ｔ））?－?（ｐ（０，０）ｐ（０，?ｔ））（ｐ（ｒ，?０）ｐ（ｒ，?ｔ））?（２．１２）??Ｇ４（／％〇表征了相距为／？的两个粒子在时长为ｆ的时段的动力学关联，关联越强，??涨落Ｇ４越大。对Ｇ４（ｒ，ｆ）求空间积分，可以得到相应的动力学极化率，??Ｘ４（ｔ）?＝?ｐ?ｄｒＧ４（ｒ，ｔ）?（２．１３）??作傅里叶变换可以看出為⑴即；Ｆ（ｇ，〇?＝?⑴ｐ＿ｇ（〇）函数的涨落，??ＸＡ｛ｔ）?＝?ｐ?ｄｑ（８Ｔ２｛ｑ，ｔ））?（２．１４）??和随时间的演化有着清晰的对应关系。首先介绍巧（？，〇的演化过程，??如图２．３所示，低温过冷液体（以红点标记的数据为例）的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Granular packing as model glass formers[J]. 王宇杰. Chinese Physics B. 2017(01)
本文编号：2946278
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．２二维过冷液体的实空间位移图，颜色代表粒子的移动大小，从深红色到深蓝色，移??动从小到大，范围为一个粒子直径
级相变中的标志性长程涨落［８］，这使得人们开??始考察动力学在实空间中的细节，尽管系统是平移不变的［６５，６９＿７（）］。??ｒ＊１＇…．一?＇一．－．．一―沾．…—?－?３．０??１０１?ｊ?一??ｉ?１〇？?！?確么，２．５?Ｔ＝０．４４６；Ｘ＝２５０００??．爲之雄，，２０?丁職祕６??－Ｍ?１＝０４６６?ｊ?１．５??—卜．。？??ｉ〇－５?ｊ?￥?！?〇．５?Ｊｙ??…￥２＇ｎ５?０?０?一一＿—／??ｔ?０．０?１０．０?２０．０?３０．０??图２．１双分散ＬＪ体系中Ａ粒子在不同温度下的动力学与结构。左图：均方位移对??时间／的函数；右图：静态结构因子只０。不同曲线对应不同温度ｒ下的结果，从??ｒ＝?１．０到ｒ?＝?０．４４６，弛豫时间ｒ提高了约四个量级。摘自文献Ｎ１。??图２．２二维过冷液体的实空间位移图，颜色代表粒子的移动大小，从深红色到深蓝色，移??动从小到大，范围为一个粒子直径。移动能力强的粒子和移动能力弱的粒子在实空??间各自聚集，对应系统呈现动力学异质性。摘自文献１７１１。??直接观测过冷液体的粒子在实空间中的位移，人们发现，不同区域的粒子显??示出显著的差异。如图２．２所示，位移较大的粒子（红色）在实空间中呈现出聚??集倾向，说明，相对平衡态液体中的短程关联动力学，过冷液体中存在大尺度的??协同运动。此外，粒子的移动能力可以随时间发生改变，在一段时间内保持振动??的粒子，可能在其他时间段发生逃逸。这种时空不均匀性被称为动力学异质性??（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ）ｍ，这并非过冷液体和玻璃中特有的现象，相共存、带??有缺陷或晶界的晶体等体系中也存在有这种
无法归因于异质粒子，另一方面，我们将看到过冷液体中的动力学异质性随着温??度的降低增强，有别于缺陷机制［６＿７］。??（１．ｓ?＿?－??ｃ?〇．〇?－?＼?＼＼?＼＂＼?＼＼??ｅ?０．４?－?＼?＼?＼?＼＼＼＼?－??？．２－?＼?＼＼?＼＼＼?＼?＊??０??＼?＼?＼?＼?Ｖ?ｖ??＾?Ｈ）?５?－??＼?Ｔｕ??ｊ＾ｊ?＿Ｍｊｃｒ＜＞８ｃ．ｕｐＨ?；?Ｅａｒｌｙ?Ｂ?：?Ｌａｔｔ５?３?－??１０°?１０－?Ｋ）１?ｌ?ｉｆ?ｉ（ｆ??１??图２．３不同温度下的ＬＪ过冷液体的中间散射函数Ｆ办，？）（上图）和四点动力学极化率??７４（〇。曲线从左至右，温度逐渐降低，最低温度下的数据由方点标出。為⑴在弛豫??时间附近丨？Ｌ有最大值。摘自文献网。??从以上描述可知，过冷液体中的动力学异质性的关键在于分区域的协同运??动，可以引入四点关联函数描述［７２］，??Ｇ４（ｒ，?ｔ）?＝?（ｐ（０，０）ｐ（ｒ，?０）ｐ（０，?ｔ）ｐ（ｒ，?ｔ））?－?（ｐ（０，０）ｐ（０，?ｔ））（ｐ（ｒ，?０）ｐ（ｒ，?ｔ））?（２．１２）??Ｇ４（／％〇表征了相距为／？的两个粒子在时长为ｆ的时段的动力学关联，关联越强，??涨落Ｇ４越大。对Ｇ４（ｒ，ｆ）求空间积分，可以得到相应的动力学极化率，??Ｘ４（ｔ）?＝?ｐ?ｄｒＧ４（ｒ，ｔ）?（２．１３）??作傅里叶变换可以看出為⑴即；Ｆ（ｇ，〇?＝?⑴ｐ＿ｇ（〇）函数的涨落，??ＸＡ｛ｔ）?＝?ｐ?ｄｑ（８Ｔ２｛ｑ，ｔ））?（２．１４）??和随时间的演化有着清晰的对应关系。首先介绍巧（？，〇的演化过程，??如图２．３所示，低温过冷液体（以红点标记的数据为例）的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Granular packing as model glass formers[J]. 王宇杰. Chinese Physics B. 2017(01)
本文编号：2946278
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