Mod en samlet teori for dynamik af glasagtige materialer

Inden for uorden og amorfe systemer, såsom oxidglas brugt i displayteknologier og kryogen konservering af biologiske materialer, eksisterer der en betydelig mængde af moderne videnskabelig og teknologisk udforskning.

Et karakteristisk træk ved uordnede materialer er tilstedeværelsen af ​​indviklet dynamisk adfærd, kendt som afslapningsprocesser, som spænder fra atomære vibrationer på picosekunders tidsskala til ældnings- og fortætningsprocesser, der kan strække sig over tusinder af år. Disse afslapningsprocesser spiller en central rolle i udformningen af ​​glasagtige materialers forskellige egenskaber.

Nyere forskning inden for glasvidenskab har frembragt en række specifikke dynamiske fænomener inden for glasagtige materialer, hvilket har fået forskere til at søge et samlende princip, der kan belyse disse processer på tværs af et bredt spektrum af materialer.

Hai-Bin Yu fra Huazhong University of China og Konrad Samwer fra University of Göttingen anerkendte fraværet af en omfattende teoretisk ramme til forståelse af afspændingsdissipation i uordnede systemer. Deres forskning er publiceret i tidsskriftet National Science Review .

For at tage udfordringen op, foreslog de et nyt perspektiv til at tackle dette problem. Mens tidligere undersøgelser typisk dykkede ned i afslapningsdynamikken af ​​individuelle partikler i glasagtige materialer, valgte Yu og Samwer at se systemet som en helhed med fokus på de overordnede mønstre af iboende strukturer.

Denne nye tilgang kaster lys over de komplekse udfordringer på området. Ved at omfavne dette koncept introducerede de en global ordensparameter, kaldet den iboende struktur minimal forskydning (IS D_min ), for at måle variabiliteten af ​​konfigurationer ved hjælp af en mønstertilpasningsmetodologi.

Ved at udføre atomære simuleringer på syv modelglasdannende væsker var de i stand til at forene virkningerne af temperatur, tryk og forstyrrelsestid på afslapningsdissipation gennem en skaleringslov, der forbinder den mekaniske dæmpningsfaktor til IS D_min . De belyste, at denne skaleringslov er en afspejling af krumningen af ​​det lokale potentielle energilandskab.

Derfor har de med succes identificeret et universelt grundlag for glasagtig afslapning, idet de foreslår, at variationen af ​​konfigurationer, som kvantificeret ved IS D_min bestemmer entydigt afspændingsdæmpningen.

Dette arbejde præsenterer ikke kun en innovativ tilgang til at studere uordnede systemer, men tjener også som en inspiration og viser potentialet i avancerede mønstertilpasningsteknikker som potente værktøjer til at analysere komplekse systemer.

Flere oplysninger: Hai-Bin Yu et al, Universal oprindelse af glasagtig afslapning som genkendt af konfigurationsmønstermatchning, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae091

Leveret af Science China Press