王牌战士官网抢号

校園快訊 現在的位置:首頁 > 校園快訊 >

[成果]北師大系統科學學院教師在《自然-通訊》發文介紹深過冷液體中的奇異輸運現象

發布時間:2018-12-20 14:21:10


  2018年12月17日,北師大系統科學學院教師武振偉及其合作者以“Stretched and compressed exponentials in the relaxation dynamics of a metallic glass-forming melt”為題在國際學術期刊《Nature Communications》上在線發表了關于深過冷液體中反常輸運現象及原子層面微觀機理的文章。

 

玻璃形成液體的動力學行為一直是物理、化學、生物、和材料科學等諸多領域的熱點研究問題之一,這不單純歸結于玻璃材料在工程應用方面的潛在價值,還起源于玻璃轉變過程作為一個基礎科學問題對人類智力發起的挑戰。正如2003年諾貝爾物理學獎得主Sir Anthony Leggett在一次演講中所提到的那樣:“Glass: The Cinderella Problem of Condensed-matter Physics”。到目前為止,人們并沒有很好的理論框架和范式來理解和描述玻璃形成液體和玻璃態物質中的許多異常行為。 玻璃形成液體具有諸多簡單液體所不具備的動力學特征,比如系統的非e指數性弛豫行為和結構弛豫時間的強溫度關聯性。非e指數形式的時間關聯函數也通常被認為是玻璃液體的典型特征之一。當對過冷液體進行淬火時,隨著溫度的降低系統逐漸偏離平衡態,此時系統的時間關聯函數會從拉伸e指數衰減(stretched exponential decay)形式逐步轉變為壓縮e指數衰減(compressed exponentials),玻璃態中后一種形式的衰減常常被認為與體系內部的內應力釋放有關,但其微觀機制確有待于進一步的考察。

 

20181218154509345700203758.png

 

如圖,在不同的波矢q所定義的空間尺度內,具有不同局域連接度的粒子表現出特異的輸運性質。這些奇異的輸運行為都可以跟某種特定的原子結構直接關聯,它們本身特征的動力學與它們周圍的介質相互作用、相互影響,造就了其特殊的輸運方式。

(tau~1/q2: normal diffusion;  tau~1/q: ballistic-like motion.)

 

非晶物理的研究經驗告訴我們,玻璃形成體系的任何物理性質一般都是溫度的平滑函數,所以上述這種在玻璃轉變點左右到弛豫方式到轉換并不太可能由一些未知隱參量的突然跳變產生。因此,壓縮e指數衰減的弛豫方式極有可能已存在于降溫過程中的玻璃形成液體當中,此次的研究工作證實了這一之前未報道過的預想。在一種典型的金屬玻璃形成液體(Cu50Zr50)當中,研究發現拉伸和壓縮e指數衰減所對應的兩種結構弛豫模式可以在玻璃轉變溫度以上共存,并可直接跟某些特定的結構單元進行關聯。這一結果表明,深過冷液體中原子的動力學行為異常復雜,相互作用、相互影響下的輸運方式豐富多彩,提示人們要嘗試從多空間尺度和具有非局域性質的結構序參量上來理解和研究復雜液體的動力學行為。與此同時,本次工作也為研究金屬玻璃所展現出的優良力學性質提供了新的思路和認識角度。

 

該研究工作由北師大系統科學學院教師武振偉,法國Montpellier大學(University of Montpellier)Walter Kob教授,中科院物理所汪衛華院士,以及北京大學量子材料科學中心徐莉梅教授共同合作完成。該項工作得到了國家自然科學基金委,科技部的聯合資助。

 

上一篇:[論壇]第一屆國際學生環境生態論壇在北師大舉行
下一篇:[論壇]“第二屆促進可持續發展論壇” 在北師大舉辦

© 2012 《教育學報》編輯部   京ICP備05010140號
地址:北京市新街口外大街19號北京師范大學英東樓343  郵政編碼:100875

王牌战士官网抢号