玻色峰是非晶物質的典型特征和動力學行為,涉及其組成粒子振動行為的反常性,即在THz頻率范圍,非晶物質表現出相對于晶體而言過高的振動態密度,其額外的聲子散射在低溫下(5~30 K)對比熱的貢獻尤為突出,導致相對于晶體而言過高的比熱。晶體材料比熱在低溫下(< 20K)與溫度的三次方成正比,德拜T3定律較好地解釋了材料低溫比熱與溫度的三次方關系。因此德拜模型被認為是量子理論在20世紀初所取得的重要進展之一,然而后續研究發現,非晶態物質(也即結構玻璃)的低溫比熱違背了德拜定律,非晶物質會在低溫下(5~30K)表現出相對于晶體物質過剩的比熱異常,該反常現象被稱為比熱玻色峰。玻色峰已經在結構玻璃中被普遍發現,并被認為是結構玻璃的典型特征和指紋,但結構玻璃中玻色峰的起源仍存在爭論。目前,多種理論均可在一定程度上解釋玻色峰現象,但是玻色峰的起源仍是未解之謎,因此尋找新的視角重新審視現有理論,并從中鑒別出玻色峰真正的物理起源十分必要。
廣義的玻璃態對應著某種物理量的長程無序分布。當原子排列呈長程無序狀態時,就得到了結構玻璃(也即非晶態物質),例如氧化物玻璃、金屬玻璃等。而當長程無序分布的是某種序參量(如磁矩、電極化或晶格應變)時,則能得到相應的物性玻璃,即:自旋玻璃(序參量為磁矩)、弛豫鐵電體(序參量為電極化)或應變玻璃(序參量為晶格應變)。關于物性玻璃中是否存在低溫比熱異常以及是否存在玻色峰的研究有望為玻色峰的起源和機制提供新視角。
近期,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心極端條件物理重點實驗室博士后任帥(現為深圳大學副研究員),中科院院士、物理所研究員汪衛華等,與西安交通大學教授丁向東、副教授宗洪祥等合作,首次發現應變玻璃的低溫比熱具有與金屬玻璃類似的玻色峰異常,并發現該異常起源于新的聲子軟化機制。研究發現,應變玻璃與金屬玻璃類似,相較于其長程有序態(即馬氏體相)的低溫比熱呈現出過剩的比熱異常(圖1)。模擬研究也證明,該比熱異常起源于包圍著馬氏體納米疇的母相基體中的過剩振動態(圖2a,c,d),而這些過剩振動態來自于聲子譜上[001]方向的橫波聲學支的軟化(圖2b)。進一步的模擬研究排除了聲子阻尼對玻色峰的影響(圖3),并發現聲子軟化機制符合近期基于格林函數的針對玻色峰的普適理論的預測(圖4)。該工作有助于加深對應變玻璃的玻璃本質的理解,并為深入理解非晶材料中玻色峰的物理起源提供了新視角。
相關研究成果以Boson-peak-like anomaly caused by transverse phonon softening in strain glass為題,發表在Nature Communications上。研究工作得到國家自然科學基金,中國博士后科學基金,廣東省自然科學基金,中科院戰略性先導科技專項和高等學校學科創新引智計劃等的資助。

圖1. Ti50-xNi50+x應變玻璃(STG)具有與金屬玻璃(BMG)類似的低溫比熱異常。

圖2.應變玻璃中類玻色峰異常的結構起源。a,c,d表明過剩振動態來源于包圍馬氏體納米疇的母相基體。b表明過剩振動態對應于[001]方向橫波聲學支的軟化

圖3.鑒別聲子阻尼與玻色峰的關系。研究發現應變玻璃在[110]方向上出現強聲子阻尼,但該方向與類玻色峰異常無關。而[001]方向上聲子阻尼非常微弱,因此對應于該方向上的類玻色峰異常受聲子阻尼的影響可以忽略不計

圖4.模擬結果發現隨著聲子軟化逐漸減弱,相應的玻色峰逐漸向高頻移動并逐漸減弱。這一結果與近期提出的一項基于格林函數的針對玻色峰的普適理論的預測相符。
湖南大學、中國農業科學院麻類研究所、中南大學等單位合作,利用環糊精等為原料,基于低共熔策略制備了超分子玻璃。近日,相關研究成果在線發表于NatureCommunications上。超分子玻璃制備過程。......
中華人民共和國國家標準公告2024年第7號附件文件下載:2024年第7號關于批準發布《醫用玻璃體溫計》等34項強制性國家標準和1項強制性國家標準修改單的公告國家市場監督管理總局(國家標準化管理委員會)......
砸核桃、敲釘子、用沙子磨、用汽車軋……近期,某款華為手機經歷極限測試后,屏幕仍完好無損的視頻,在網絡上火熱傳播。一塊薄薄的手機屏幕,為何如此堅勁?關鍵是其蓋板采用了國產納米微晶玻璃。納米微晶玻璃實現國......
玻璃被認為是氣、液、固之外的第四態物質,對社會發展和科技進步起著重要作用。玻璃是熱力學不平衡狀態物質,在玻璃化轉變溫度以下會不可避免地朝平衡態轉變,即發生物理老化(以下簡稱老化),導致其結構和性能隨著......
近日,工業和信息化部發布了修訂后的《日用玻璃行業規范條件(2023年版)》(以下簡稱《規范條件》)。現就《規范條件》有關內容解讀如下:一、修訂并發布《規范條件》的背景和意義日用玻璃行業主要包括玻璃儀器......
0.12毫米,一張A4紙的厚度,這是玻璃嗎?1000多項技術瓶頸,逐一突破!2018年,這個厚度創造了世界最薄觸控玻璃的紀錄!當這塊玻璃被輕輕地彎曲成一道彩虹狀時,中國工程院院士、中國建材集團總工程師......
美國科羅拉多大學研究團隊開發出一種方法,通過添加透明氣凝膠來更好地隔熱,這種方法可用于窗戶的雙層玻璃中。在發表于最新一期《自然·能源》雜志上的論文中,該團隊描述了氣凝膠的制作方法,以及使用這種材料的窗......
原文地址:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/3/495080.shtm滾燙的玻璃熔融體從熔爐中緩緩澆注進容器冷卻凝固后的玻璃體整齊地放入庫房&hellip......
“光伏建筑一體化(BIPV)是先進綠色材料的系統集合,是未來綠色建筑發展的主要方向,更是具備萬億級潛能的低碳‘新賽道’。”全國兩會召開前,全國人大代表、中國工程院院士、中國建材集團總工程師、中建材玻璃......
“光伏建筑一體化(BIPV)是先進綠色材料的系統集合,是未來綠色建筑發展的主要方向,更是具備萬億級潛能的低碳‘新賽道’。”全國兩會召開前,全國人大代表、中國工程院院士、中國建材集團總工程師、中建材玻璃......