固體材料由晶體和非晶兩大類構(gòu)成,晶體由于其具有周期性的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),關(guān)于它的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟。有趣的是,與我們?nèi)粘Ｉ罹o密相連的更多的是非晶固體材料,它不像晶體具有長(zhǎng)程有序性。作為另一種固體,非晶固體又稱無(wú)序固體,不僅存在形式豐富多樣,而且性質(zhì)不同尋常。在過(guò)去的幾十年,關(guān)于其特性的研究一直困擾著凝聚態(tài)物理領(lǐng)域,然而距離建立非晶固體完美而自洽的基礎(chǔ)理論還很遙遠(yuǎn)。近年來(lái),人們開始從晶體和非晶固體相互轉(zhuǎn)化的角度理解非晶固體,并且受到大量關(guān)注。這些研究包括在晶體演化為非晶固體過(guò)程中無(wú)序扮演著什么樣的角色?調(diào)控復(fù)雜的無(wú)序結(jié)構(gòu)對(duì)非晶固體材料特性有何影響?以及,幾乎所有的物質(zhì)在適當(dāng)?shù)臈l件下都能形成非晶固體,那么在非晶固體形成過(guò)程中無(wú)序起什么作用?在第一章的緒論中,我們首先簡(jiǎn)單介紹了軟物質(zhì)及其突出特點(diǎn)和非晶材料的研究現(xiàn)狀,接著重點(diǎn)介紹了玻璃化轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)特征、熱力學(xué)特征以及一些重要的理論模型。然后從Jamming相圖出發(fā),在短程純排斥小球構(gòu)成的理想模型中,我們進(jìn)一步論述了 Jamming轉(zhuǎn)變以及Jammed體系的行為特征。在第二章中,我們簡(jiǎn)要介紹了振動(dòng)模的計(jì)算與表征,本征振動(dòng)模分析是幫助理解無(wú)序固體的的重... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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圖１．１軟物質(zhì)舉例ｔ

?第１章緒?論???■Ｈｉｍ??１１?：??：?；??Ｔｇａ?Ｔｇｂ?Ｔｍ??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??圖１．２晶體、過(guò)冷液體以及玻璃的形成路徑圖。極其緩慢地降溫時(shí)液體在７；處結(jié)晶（體積??發(fā)生跳變），較快地降溫時(shí)越過(guò)結(jié)晶而形成過(guò)冷液體，繼續(xù)降溫時(shí)，其中較緩慢地在??ｒｓａ處發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，而較快地在發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變。摘自文獻(xiàn)｜８１。??得到的７；越低，降溫速率越大，得到的７；越高，所以７；的意義一直存在爭(zhēng)議。??但文獻(xiàn)［９］指出，降溫速率對(duì)最終７；數(shù)值的影響并不是很大，如降溫速率減小十??倍，７；也就減�。常担恕Ｒ虼思词梗�；數(shù)值依賴于降溫速率等，但并不影響其物理，??所以仍然作為描述玻璃化轉(zhuǎn)變的重要參量。??與Ｐ?－?ｒ平面的玻璃化轉(zhuǎn)變類似的是，近年來(lái)Ｐａｔｒｉｃｋ等人＿通過(guò)理論與模??擬提出硬球體系在壓縮過(guò)程中的玻璃化轉(zhuǎn)變相圖￥－必平面），如圖１．３所示。在??這里，壓強(qiáng)的倒數(shù)類比溫度，因此，壓縮過(guò)程實(shí)際就相當(dāng)于降溫過(guò)程，所以玻璃??化轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)ｈ就類似＆依賴于具體的壓縮率。除此之外，更有意思的是，??他們提出在玻璃態(tài)中還存在一種轉(zhuǎn)變（又稱為Ｇａｒｄｎｅｒ轉(zhuǎn)變），即從穩(wěn)定玻璃轉(zhuǎn)變??成臨界玻璃，相應(yīng)的勢(shì)能圖景為從一個(gè)簡(jiǎn)單的勢(shì)阱變?yōu)橐粋�(gè)具有分形結(jié)構(gòu)的的??臨界勢(shì)阱，所以硬球體系在發(fā)生Ｇａｒｄｎｅｒ轉(zhuǎn)變時(shí)，體系不斷進(jìn)人越來(lái)越深的分形??式勢(shì)講，當(dāng)壓縮到無(wú)窮時(shí)，對(duì)應(yīng)著Ｊａｍｍｅｄ態(tài)，如圖１．３中紅色Ｊ－ｌｉｎｅ。??液體通過(guò)快速降溫避開結(jié)晶過(guò)程形成過(guò)冷液體，其結(jié)構(gòu)類似于液體，保持長(zhǎng)??程無(wú)序排列，在常規(guī)的時(shí)間尺度下，其表現(xiàn)為固體（具有力學(xué)穩(wěn)定性），但是非晶??固體內(nèi)部又發(fā)生著緩慢的流變行為。上百年的瀝

?第１章緒?論???〇４；?ＮＶ＾ｕＢｉｂｒｈ？Ｂｑｕｉｄ?，■??Ｃ??。１．??〇〇｜?，?二?Ｖ?一＿??４?５?６?７—＂?８?？?９??２Ｖｄ?」■＿??圖１．３高維硬球體系在壓縮過(guò)程中壓強(qiáng)－體積分?jǐn)?shù)相圖，白色為穩(wěn)定玻璃和臨界玻璃，中間??藍(lán)線為Ｇａｒｄｎｅｒ轉(zhuǎn)變線，兩條綠線為從穩(wěn)定玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界玻璃的兩個(gè)實(shí)例。摘自??文獻(xiàn)【１０】。??人［１１］甚至把玻璃態(tài)歸為物質(zhì)的第四狀態(tài)。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Ｐ．?Ｗ．?Ａｎｄｅｒｓｏｎ??甚至稱玻璃化轉(zhuǎn)變的本質(zhì)是“固體理論中最高深、最有趣的未解決的問(wèn)題”（“ｔｈｅ??ｄｅｅｐｅｓｔ?ａｎｄ?ｍｏｓｔ?ｉｎｔｅｒｅｓｔｉｎｇ?ｕｎｓｏｌｖｅｄ?ｐｒｏｂｌｅｍ?ｉｎ?ｓｏｌｉｄ?ｓｔａｔｅ?ｔｈｅｏｒｙ”）［１２］?〇?除此之夕卜，??國(guó)際著名期刊《Ｓｃｉｅｎｃｅ》在其創(chuàng)刊１２５周年的時(shí)候把“玻璃態(tài)的本質(zhì)是什么”列??為１２５個(gè)亟需解決的重大科學(xué)問(wèn)題之一。經(jīng)過(guò)多年的研究，人們對(duì)玻璃以及??玻璃化轉(zhuǎn)變有了更多的了解和認(rèn)識(shí)。??１．２＿２動(dòng)力學(xué)特征??對(duì)于形成不同玻璃的的過(guò)冷液體，包括分子玻璃、金屬玻璃等，它們都具有??相同的動(dòng)力學(xué)特征。如隨著溫度趨近７；，體系的動(dòng)力學(xué)急劇變慢。為什么過(guò)冷??液體的弛豫時(shí)間會(huì)發(fā)生如此顯著的變化正是玻璃領(lǐng)域面臨的最大難題。研究玻??璃轉(zhuǎn)變?cè)谀撤N意義上等同于研究動(dòng)力學(xué)急劇變化的原因。因此，研究過(guò)冷液體動(dòng)??力學(xué)來(lái)研究玻璃化轉(zhuǎn)變是普遍遵循的思路。??盡管不同系統(tǒng)具有不同的相互作用，但是如果使用其７；做歸一，它們的動(dòng)??力學(xué)隨溫度的變化可以標(biāo)度在一張圖中，即著名的“ＡｎｇｄｌＰｌ〇ｔ”［８］，如圖１．４所示。??借


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