Inom sfären av oordning och amorfa system, såsom oxidglas som används i bildskärmsteknologier och kryogent bevarande av biologiska material, finns det en betydande mängd samtida vetenskaplig och teknisk utforskning.
En utmärkande egenskap hos oordnade material är förekomsten av invecklade dynamiska beteenden, kända som avslappningsprocesser, som sträcker sig från atomvibrationer på pikosekunders tidsskala till åldrings- och förtätningsprocesser som kan sträcka sig över tusentals år. Dessa avslappningsprocesser spelar en avgörande roll för att forma de olika egenskaperna hos glasartade material.
Ny forskning inom området glasvetenskap har visat på en mängd specifika dynamiska fenomen inom glasartade material, vilket har fått forskare att söka en enande princip som kan belysa dessa processer över ett brett spektrum av material.
Hai-Bin Yu från Huazhong University of China och Konrad Samwer från University of Göttingen insåg frånvaron av ett heltäckande teoretiskt ramverk för att förstå avslappningsförlust i störda system. Deras forskning är publicerad i tidskriften National Science Review .
När de antog utmaningen föreslog de ett nytt perspektiv för att ta itu med denna fråga. Medan tidigare studier vanligtvis grävde i avslappningsdynamiken hos enskilda partiklar i glasartade material, valde Yu och Samwer att se systemet som en helhet, med fokus på de övergripande mönstren av inneboende strukturer.
Detta nya tillvägagångssätt belyser de komplexa utmaningarna på området. Genom att anamma detta koncept introducerade de en global ordningsparameter, kallad den inneboende strukturen minimal förskjutning (IS Dmin ), för att mäta variationen i konfigurationer med hjälp av en metod för mönstermatchning.
Genom att utföra atomsimuleringar på sju modeller av glasbildande vätskor, kunde de förena inverkan av temperatur, tryck och störningstid på avslappningsförlust genom en skalningslag som kopplar den mekaniska dämpningsfaktorn till IS Dmin . De klargjorde att denna skalningslag är en återspegling av krökningen av det lokala potentiella energilandskapet.
Följaktligen identifierade de framgångsrikt en universell grund för glasig avslappning, och föreslog att variationen i konfigurationer, kvantifierad med IS Dmin bestämmer unikt avslappningsdämpningen.
Det här arbetet presenterar inte bara ett innovativt tillvägagångssätt för att studera störda system utan fungerar också som en inspiration och visar upp potentialen hos avancerade mönstermatchningstekniker som potenta verktyg för att analysera komplexa system.
Mer information: Hai-Bin Yu et al, Universellt ursprung för glasig avslappning som känns igen av konfigurationsmönstermatchning, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae091
Tillhandahålls av Science China Press
