网赌平台

网赌平台
院系概況
物理系概況
系主任致辭
領導團隊
歷史沿革
師資隊伍
教職人員
實驗室人員
兼職教授
博士后流動站
科學研究
研究團隊
研究進展
科研亮點
科研項目
科研獲獎
學術交流
支撐平臺
人才培養
本科生教育
研究生教育
學生工作
學生活動
黨團動態
學生發展
校友風采
招生錄取
本科生招生
研究生招生
暑期學校
國際交流
最新動態
學術講座
通知公告
綜合新聞
郵箱登錄

金屬玻璃中高頻橫波聲子的研究進展

| 2020-06-23

聲子是晶格集體振動的元激發。上世紀30年代人們通過引入這一量子化概念建立的晶體材料中晶格振動的動力學理論,成功地解釋了很多相關的物理性質與物理現象,如固體的比熱、電阻、BCS超導機制等。另一方面,自然界中還存在大量原子排列無序的非晶態固體,其原子的無序排列造成了空間平移對稱性破缺,人們對它的動力學屬性認知非常有限。非晶態的原子振動模式是怎樣的?是否存在高頻聲子?是否存在橫聲學支聲子?到目前為止,這些基本科學問題仍懸而未決,這主要是由于現有的實驗技術不能提供清晰的實驗數據,缺乏有效的實驗觀測。因此,對非晶材料中原子振動的研究不僅有助于非晶體系中原子振動動力學理論模型的構建,亦將有助于加深對玻璃態本質的認識,而后者被Science雜志列為本世紀125個最具挑戰性的科學難題之一。

物理系李茂枝教授(共同通訊作者)指導博士生張華平(共同第一作者),并聯合香港城市大學物理系王循理教授(共同通訊作者)、博士生李西陽(共同第一作者)和南京理工大學蘭司教授(共同第一作者)等合作,使用飛行時間非彈性中子散射技術,并結合分子動力學模擬對ZrCuAl金屬玻璃中的原子振動動力學進行了深入研究。非彈性中子散射實驗在當今世界最先進的美國散裂中子源和日本散裂中子源及美國光源的實驗譜儀進行,實現了在較大動量轉移下的高精度測量,首次在非晶體系中測得了高頻橫聲學支聲子振動模。實驗觀測發現,該無序材料中亦存在類周期性晶體材料中聲子動力學屬性的原子振動模式,既橫縱聲學模,但無光學振動模。進一步地,實驗上首次把橫聲學支聲子從具有色散的高頻橫縱混合聲子態密度中分離出來,證實了非晶中高頻橫聲學支聲子的存在。分子動力學模擬發現,非晶材料中橫聲學支聲子半峰寬與靜態結構因子之間存在普適的正相關關系,表明非晶無序結構在不同尺度上對橫聲學聲子的散射程度不同,且散射程度與非晶結構的短程序和中程序密切相關。這些結果表明,橫聲學支聲子在理解非晶材料的結構性能關系中扮演至關重要的作用。以上研究為非晶態中動力學理論模型的建立提供了新的實驗和模擬證據,對深入認識玻璃的本質具有重要意義。相關結果以題名為“Observation of high-frequency transverse phonons in metallic glasses”于2020年6月5日發表在《物理評論快報》(Phys. Rev. Lett. 124, 225902 (2020))。

該研究得到了國家自然科學基金、科技部國家重點研發計劃、香港裘槎基金、香港研究資助局等的資助。

相關工作鏈接:Observation of high-frequency transverse phonons in metallic glasses. 

 

圖1:中子散射結合分子動力學模擬對ZrCuAl金屬玻璃中類聲子屬性的研究。此研究結果首次在非晶體系中測得高頻橫聲學支聲子振動模。(a)(c)分別為非彈性中子散射實驗和分子動力學模擬得到的類聲子態密度分布;(b)(d)分別對應(a)(c)中數據的二次微分結果。

   

  圖2: 橫聲學支聲子半峰寬和靜態結構因子之間的正相關關系,縱聲學支聲子不存在此對應關系。LJ勢證明此對應關系具有普適性。