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中外科學(xué)家在非晶合金低溫比熱波色峰研究中取得進(jìn)展

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2018-01-11  瀏覽次數(shù):3599
           在太赫茲(THz)頻率,玻璃振動(dòng)譜總是偏離經(jīng)典德拜模型預(yù)測(cè)而形成一個(gè)過(guò)剩的態(tài)密度峰。由于服從波色-愛因斯坦分布,這種振動(dòng)態(tài)密度的過(guò)剩峰通常被稱為波色峰(boson peak)。作為玻璃本征特征之一,波色峰為理解玻璃復(fù)雜的結(jié)構(gòu)本質(zhì)以及豐富的動(dòng)力學(xué)提供了一扇重要的窗口。近日,中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所、德國(guó)明斯特大學(xué)與中科院物理研究所等合作研究并取得進(jìn)展。


       研究以一系列非晶合金(金屬玻璃)及其對(duì)應(yīng)的晶化產(chǎn)物為模型體系,開展了系統(tǒng)的低溫(1.9-100K)比熱測(cè)量。通過(guò)細(xì)致分析低溫比熱的聲子和電子貢獻(xiàn),精確分辨出各拓?fù)錈o(wú)序態(tài)非晶合金的波色峰位置和強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn),非晶合金的低溫比熱波色峰包含過(guò)剩的準(zhǔn)局域聲子散射和背景的電子激活兩部分貢獻(xiàn),但前者是主控的。這兩種貢獻(xiàn)高度耦合,且均依賴于非晶無(wú)序結(jié)構(gòu)。基于是否包含電子貢獻(xiàn),研究人員定義了兩種非晶合金波色峰,并考察這兩種波色峰在各拓?fù)錉顟B(tài)非晶合金中的演化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于包含電子貢獻(xiàn)的非晶合金低溫比熱波色峰,其強(qiáng)度和位置存在與材料無(wú)關(guān)的統(tǒng)一線性反比例關(guān)系,(如圖)。這種反線性關(guān)系表明,不同拓?fù)錈o(wú)序態(tài)的非晶合金在波色峰溫度或頻率時(shí)表現(xiàn)出普適的結(jié)構(gòu)軟化行為。研究進(jìn)一步顯示,通過(guò)瞬時(shí)剪切模量為媒介,這種波色峰背后的結(jié)構(gòu)軟化與非晶合金固-液玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的結(jié)構(gòu)弛豫可能具有類似的結(jié)構(gòu)起源。上述研究結(jié)果為今后從低頻振動(dòng)奇異“波色峰”角度理解和表征非晶合金的塑性流動(dòng)奠定了基礎(chǔ)。


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