Dynamics and non-equilibrium transport in amorphous systems: from a soft-matter physics perspective

非晶系统中的动力学和非平衡输运：从软物质物理的角度来看

基本信息

批准号：
22KF0110
负责人：
田中肇
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0110/
关键词：
非平衡輸送非晶質固体ボソンピーク低エネルギー励起

项目摘要

非平衡な無秩序状態にあるガラスは、秩序ある平衡状態にある結晶とは異なるユニークな振動特性を示し、熱伝導異常を含む、低温物性の決定的な違いにつながっている。我々は、2次元モデルガラスの大規模分子動力学シミュレーションを用いて、準局在振動（QLV）の性質について研究を行った。その結果、低周波と高周波で相対的に重要な2種類のQLV、四葉型振動と弦型振動を同定し、その性質を明らかにすべく研究を行った。四つ葉タイプのQLVは、マトリックスに機械的フラストレーションを与える異方性欠陥に由来する。四葉型QLVは、遠方ではべき乗減衰型の横振動を示すが、コア部、さらにその中心部ではそれぞれ体積振動とひも状振動を示す。これらの振動は機械的特性に大きな影響を与えるが、ボソンピークへの寄与はわずかであると考えている。同様の4葉型QLVは、欠陥のある単原子結晶でも観測されている。一方、ストリング型QLVは体積変化を伴わない純粋な横モードであり、ボソンピークに寄与するが、一次元（1D）であるため機械的フラストレーションは生まないことを反映して、せん断弾性には直接結合していないことを見出した。単原子結晶では、1次元のひも状運動であっても必然的にマトリックスと強く結合するため、ひも状のQLVを持つことはできず、したがってボソンピークを持たない。すなわち、四葉型QLVと弦型QLVの決定的な違いは、前者が機械的にマトリックスを歪ませるのに対し、後者は歪を生まない点にあると考えている。このような異なる性質を持つ2種類の非フォノニックQLVの存在に関する知見は、低温特性を制御するガラスの低周波振動の理解につながるものと期待している。

非平衡无序状态的玻璃表现出独特的振动特性，与有序平衡状态的晶体不同，导致低温物理特性（包括热传导异常）存在重大差异。我们利用二维模型玻璃的大规模分子动力学模拟研究了准局域振动 (QLV) 的特性。因此，我们确定了在低频和高频下相对重要的两种 QLV：四叶形振动和弦振动，并进行了研究以阐明它们的特性。四叶型 QLV 源于各向异性缺陷，这些缺陷为基体提供了机械挫败感。四叶 QLV 在一定距离处表现出幂律阻尼横向振动，但在核心及其中心分别表现出体积振动和弦状振动。尽管这些振动对机械性能有很大影响，但我们认为它们对玻色子峰的贡献很小。在有缺陷的单原子晶体中也观察到了类似的四瓣 QLV。另一方面，弦型QLV是纯横模，没有体积变化，对玻色子峰值有贡献，但它不直接影响剪切弹性，反映了它是一维（1D）的事实，因此不会造成机械挫败感，我发现它们没有连接。在单原子晶体中，即使是一维弦状运动也不可避免地与基体强耦合，因此它不可能具有弦状QLV，因此不具有玻色子峰。换句话说，我们认为四瓣QLV和弦型QLV之间的关键区别在于前者机械地扭曲矩阵，而后者则不会。我们期望了解两种具有不同特性的非声子 QLV 的存在将有助于更好地理解玻璃中控制其低温特性的低频振动。