Logo

上海交通大学自然科学研究院最新成果: 二维无序固体中振动模式的实验研究

2017年7月10日,Nature Communications 发表了上海交通大学物理与天文学院,自然科学研究院张洁课题组以博士生张玲为第一作者(会同实验室同门博士生郑杰、汪银桥、以及合作者自然科学研究院的张镭研究员、材料学院金朝辉教授、自然院洪亮研究员、物理学院王宇杰教授)的题为 ”Experimental studies of vibrational modes in a two-dimensional amorphous solid” 的论文,报道了他们关于二维无序颗粒体系中玻色峰本质的最新研究进展。

玻色峰,是指在无序体系中低频区域相对于德拜模型有过剩的态,具体可以表现为在态密度曲线的某个特征频率以及比热容曲线的特定温度上有个峰, 或者在热传导曲线对应温度有个平台。虽然玻色峰被理论,模拟以及实验进行过广泛的研究,但它的本质目前还是备受争议。 在这项研究中,论文作者通过二维光弹性颗粒体系,通过光弹性技术对玻色峰的本质进行了深入的探索,尽管该体系是个相对简单的模型系统,但通过对比,他们发现在这种二维宏观颗粒体系所得到的玻色峰形状与三维分子玻璃等材料惊奇的相似。 而对于玻色峰产生的微观机制,他们认为是与剪切模量在空间中的不均匀性息息相关的,具体表现在:(1) 在玻色峰频率附近,横波的色散关系曲线发生强烈的色散,而纵波基本上是线性的;(2) 横波的相速度在玻色峰附近表现出一个最小值,符合之前的理论预测;(3) 从剪切模量的空间不均匀性中所获得的特征长度与玻色峰对应的波长在量上是相互对应的;(4) 非仿射的剪切模量与低频模式存在很强的空间关联,进一步表明非仿射剪切模量对玻色峰形成的重要性。

该项研究首次用二维无序光弹性颗粒体系作为模型体系对非晶固体中的声学波的奇异堆积的波色峰现象进行了研究。与此同时,首次在世界上通过实验的方法测量了非晶材料内部的仿射及非仿射模量的空间分布的统计规律,从不同角度证明了玻色峰的形成是与非仿射剪切模量在空间分布的不均匀性紧密相关。该项工作对进一步深入理解非晶固体的声学波的统计规律做出了重要的贡献。

本研究受到中组部青年千人计划以及国家自然基金(11474196)的支持。

参考文献:L. Zhang, J. Zheng, Y. Q. Wang, L. Zhang, Z. H. Jin, L. Hong, Y. J. Wang and J. Zhang, Experimental studies of vibrational modes in a two-dimensional amorphous solid, Nat. Commun. 8: 67 (2017)