非晶液固轉(zhuǎn)變及非晶固體特性與振動模式的關(guān)系.pdf

1、非晶物質(zhì)是對結(jié)構(gòu)上缺乏長程有序這類物質(zhì)的統(tǒng)稱，比如玻璃，沙堆等等。玻璃化轉(zhuǎn)變與Jamming轉(zhuǎn)變是這類物質(zhì)的液固轉(zhuǎn)變的典型代表，在轉(zhuǎn)變前后系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)幾乎不變，而系統(tǒng)卻從流動狀態(tài)變?yōu)橛袆傂缘墓腆w，控制這類轉(zhuǎn)變的因素有溫度，密度，剪切力，Jamming相圖統(tǒng)一描述了具有這類相同特點的轉(zhuǎn)變。非晶固體在力學(xué)，熱力學(xué)，電學(xué)等物理性質(zhì)上有著特殊性，也因此廣泛應(yīng)用在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)上，然而由于其復(fù)雜性，對于非晶物質(zhì)的液固轉(zhuǎn)變以及其固體性質(zhì)背后的物理

2、機(jī)制的理解依然有限。在本文中，從振動特性上研究了非晶固體的性質(zhì)以及各向異性對于非晶物質(zhì)液固轉(zhuǎn)變的影響。
　　在零溫下，由于粒子的速度為零，系統(tǒng)中的粒子不相互接觸，因此沒有剛性，體積分?jǐn)?shù)達(dá)到無規(guī)密堆積體積分?jǐn)?shù)并發(fā)生Jamming轉(zhuǎn)變才能形成有剛性的非晶固體。在低溫下，系統(tǒng)的玻璃化轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)小于無規(guī)密堆積體積分?jǐn)?shù)，但是處于這兩個體積分?jǐn)?shù)之間的系統(tǒng)確是有剛性的固體，而這個區(qū)間正是等效的硬球玻璃。我們從動力學(xué)結(jié)構(gòu)因子得到了色散關(guān)系以及衰

3、減系數(shù)，并確定了Ioffe-Regel極限頻率，當(dāng)振動模式的頻率大于Ioffe-Regel極限頻率時，其平均自由程小于波長，因此它不能被嚴(yán)格定義為聲子。在低溫下系統(tǒng)先后經(jīng)歷玻璃化轉(zhuǎn)變與類Jamming轉(zhuǎn)變，而橫波與縱波的Ioffe-Regel極限頻率分別消失于玻璃化轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)與類jamming轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)，因此這兩個體積分?jǐn)?shù)之間的硬球玻璃只能承受縱波聲子而不能承受橫波聲子，而當(dāng)體積分?jǐn)?shù)大于類Jamming轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)的時候，系統(tǒng)既能承

4、受縱波聲子又能承受橫波聲子，這屬于普通的固體。我們繼續(xù)計算了硬球玻璃剪切模量和體積模量的比值，它隨著體積分?jǐn)?shù)變大而減小，在類Jamming轉(zhuǎn)變點達(dá)到最小值，這與類Jamming轉(zhuǎn)變點以上的普通玻璃完全相反，這應(yīng)該是硬球玻璃特殊性的體現(xiàn)之一。
　　在低溫下的橢球系統(tǒng)，我們用模耦合理論公式從擴(kuò)散系數(shù)擬合出了平動與轉(zhuǎn)動的玻璃化轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)，存在一個轉(zhuǎn)變的長徑比，當(dāng)大于這個長徑比時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動和平動自由度先后進(jìn)入玻璃態(tài)，然而當(dāng)小于這個長徑比