發布時間:2025-10-22閱讀(2)
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玻璃是一種非常有趣的物質,它的結構和性質介于固體和液體之間。當我們把一種液體冷卻到足夠低的溫度時,它的分子運動會變得非常緩慢,以至于它們無法重新排列成一個有序的晶體結構。這種液體就被稱為玻璃態液體,它的分子仍然是無序的,但是它的形狀是固定的,就像一個固體一樣。
玻璃態液體的一個重要特征是它的粘度(或者說阻力)會隨著溫度的降低而急劇增加,這意味著它的流動性會變得非常差。這種現象被稱為玻璃轉變,它是一個非常復雜的過程,涉及到許多不同的物理機制。 玻璃態液體的一個奇妙的性質是它的動力學異質性,即它的分子運動并不是均勻的,而是存在著一些局部的快速和慢速的區域。這些區域的大小和形狀會隨著時間和溫度而變化,它們反映了玻璃態液體的能量景觀的復雜性。 能量景觀是一個描述分子在不同位置和狀態下的能量的函數,它通常是一個非常崎嶇的表面,有許多的局部最小值和鞍點。分子要從一個局部最小值跳到另一個局部最小值,就需要克服一個能量勢壘,這個勢壘的大小決定了分子的松弛時間,也就是分子達到平衡狀態的時間。 在玻璃態液體中,這些勢壘的分布是非常廣泛的,有些分子只需要很小的勢壘,有些分子則需要很大的勢壘。因此,玻璃態液體的分子運動是非常不均勻的,有些分子可以很快地松弛,有些分子則需要很長的時間才能松弛。 玻璃態液體的動力學異質性是一個非常重要的主題,它可以幫助我們理解玻璃轉變的本質,以及玻璃態液體的許多其他的性質,比如熱膨脹、熱容、介電常數等等。然而,玻璃態液體的動力學異質性是一個非常難以描述和預測的現象,因為它涉及到許多不同的尺度和時間,以及許多不同的物理效應。為了研究玻璃態液體的動力學異質性,我們需要一些合適的理論模型和數值模擬,以及一些合適的實驗方法和技術。 在最近新發表的一篇論文中,作者提出了一個理論模型,來解釋玻璃態液體的動力學異質性的規律。他們的模型基于一個假設,就是玻璃態液體的松弛是由一些局部的重排事件引起的,這些重排事件之間是通過彈性力耦合的。 這意味著,當一個分子跳過一個勢壘時,它會對周圍的分子產生一個應力,這個應力會影響周圍分子的勢壘,從而影響它們的松弛概率。這樣,一個重排事件就可能引發一系列的后續的重排事件,形成一個連續的松弛區域,這個區域就被稱為一個松弛雪崩。松弛雪崩的大小和形狀取決于溫度、應力和勢壘的分布,它們反映了玻璃態液體的動力學異質性的特征。 他們的模型可以用一個數學公式來描述,這個公式是一個標度律,它可以用幾個參數來刻畫玻璃態液體的動力學異質性的規律。這些參數包括動力學相關長度ξ,它表示松弛雪崩的平均尺寸;動力學相關體積χ4,它表示松弛雪崩的平均數量;以及零溫度時的勢壘分布函數P(E),它表示不同勢壘的概率。 模型的核心思想是,玻璃態液體的動力學異質性是由一個零溫度的臨界點控制的,這個臨界點是一個理想的玻璃態,它的分子完全無法松弛。他們的模型可以把這個臨界點的性質和玻璃態液體的動力學異質性的性質聯系起來,從而給出一個一致的理論框架。 |
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