在无序和非晶态系统领域,例如用于显示技术和生物材料低温保存的氧化物玻璃,存在着大量的当代科学和技术探索。无序材料的一个显著特征是存在复杂的动态行为,称为弛豫过程,其范围从皮秒时间尺度上的原子振动到可以延续数千年的老化和致密化过程。这些弛豫过程在塑造玻璃材料的各种特性方面起着关键作用。玻璃科学领域的最新研究揭示了玻璃材料中各种特定的动态现象,促使研究人员寻求一种统一的原理来阐明各种材料中的这些过程。
中国华中大学的于海滨和哥廷根大学的康拉德·桑维尔认识到,缺乏一个全面的理论框架来理解无序系统中的弛豫耗散。面对挑战,他们提出了解决这个问题的新颖视角。虽然之前的研究通常深入研究玻璃材料中单个粒子的弛豫动力学,但 Yu 和 Samwer 选择将系统视为一个整体,重点关注固有结构的总体模式。这种新颖的方法揭示了该领域的复杂挑战。拥抱这个概念,他们引入了一个全局顺序参数,称为固有结构最小位移(IS D min),以使用模式匹配方法来测量配置的可变性。
通过对七种玻璃形成液体模型进行原子模拟,他们能够通过将机械阻尼因子与IS D min联系起来的比例定律,统一温度、压力和扰动时间对弛豫耗散的影响。他们阐明,这种比例定律反映了局部势能景观的曲率。因此,他们成功地确定了玻璃态弛豫的通用基础,提出由IS D min量化的构型可变性 唯一地决定了弛豫阻尼。
这项具有里程碑意义的工作不仅为研究无序系统提供了一种创新方法,而且还起到了启发作用,展示了先进的模式匹配技术作为分析复杂系统的有力工具的潜力。