中国科学技术大学:玻璃化转变研究取得重要进展

中国教育装备采购网2014-02-19 10:12围观156次我要分享

  液体在快速降温或加压的时候会避免结晶而转变为非晶态的玻璃,几乎所有凝聚态体系都可以形成玻璃态,因此,玻璃化转变是个普遍存在的物理现象。然而,作为非晶液-固转变的代表,玻璃化转变无法简单归类于已知的相变类型,从而使它的相变本质成为困扰凝聚态物理多年的难题。Science在创刊125周年的时候提出了125个本世纪亟待解决的重大科学问题,“玻璃态的本质是什么”就位列其中。历史上有很多理论被提出来尝试解释玻璃化转变,然而至今仍然没有哪一个理论能够真正解决问题。

  中科院软物质化学重点实验室、微尺度国家实验室和物理系的徐宁教授研究组一直从事非晶固体本质和非晶液-固转变的理论研究,研究组的博士生王利近和徐宁教授研究发现,玻璃化转变温度完全可以由零温玻璃的结构和振动特性来预言,从而从固体视角对玻璃化转变做出了崭新的诠释。该研究的论文发表于《物理评论快报》。

  液体理论有一个重要的近似:虽然液体分子间存在吸引,但是液体的热力学性质主要是由分子间的排斥作用决定,吸引仅是微扰。这个近似大大简化了液体的计算,是液体理论发展的一个重要里程碑。然而,近期的研究发现,在趋于玻璃化转变的过冷液体中,吸引作用并不能简单视为微扰,如何理解这种非微扰作用因此成为一个新的挑战。王利近博士和徐宁教授独辟蹊径地从零温玻璃的角度解释了过冷液体中吸引作用的非微扰作用:这种非微扰作用完全源于有吸引作用体系和纯排斥作用体系对应的零温玻璃结构上的差异。这种结构差异使得有吸引作用的玻璃拥有比纯排斥作用的玻璃更高的特征振动频率和更弱的低频振动模的局域化,从而使得有吸引作用的玻璃更稳定并具有更高的玻璃化转变温度,相应的过冷液体动力学就会有显著差异。更重要的是,从零温玻璃的结构和振动特性出发,王利近博士和徐宁教授提出了完全由零温玻璃的结构和振动物理量表征的玻璃化转变温度的经验表达式,该表达式给出的结果与计算机模拟的结果很好地定量吻合。该研究表明玻璃化转变完全可以从固态玻璃的特性来理解,因此为玻璃化转变的研究开辟了全新的思路。

  这项研究得到了基金委、科技部、中科院和教育部的支持。

来源:中国科学技术大学

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