Thursday, December 19, 2013

relaxation01 朗道01 phase01 仅仅由于温度降低30%，某种物性就发生15 个数量级的变化是极为惊人的物理现



 

 
(1) 玻璃转变问题可以列为非晶领域科学问题
 
 
之首。因为它是凝聚态物理基本物理问题之一，也
 
是自然界中长期悬而未决的疑难。Science 杂志曾
 
 
多次将这一问题列为人类未来面临的最重要的科学
 
问题之一[30;31;43]，并在1995 年为非晶研究出过专
辑[492]。Science 杂志125 周年专刊将玻璃转变问题列
为与器官生长和宇宙膨胀等问题并列的125 个世纪重
要科学难题[493]。玻璃转变问题涉及的物理现象本身
 
 
十分简单、但非常惊人： 非晶从熔体经过快速凝固，
 
当液体过冷至其熔点Tm 的2/3 时其原有热力学和动
力学行为将发生巨大变化，得到结构和液态类似、但

具有固体特征的非晶态。这一过程中现有实验检测手

段从未发现可观察的明显结构变化，但在大约100 度




的狭窄温度范围内，其弛豫时间却极为悬殊，从皮秒

的过冷液体变化到大于100 秒的非晶态，即时间上存

在14»15 个量级的跨尺度。以至由于结构弛豫缓慢

而造成液体在温度Tg 以下偏离热力学亚稳的平衡态，

形成非平衡的非晶固态。玻璃转变温度Tg 一般定义

为粘滞系数´(Tg) ´ 1012 Pa¢s 或者弛豫时间¿ > 100

s 对应的温度点。这种仅仅由于温度降低30%，某种

物性就发生15 个数量级的变化是极为惊人的物理现



象。经典理论无法解释这一极为反常的动力学现象


理论上，形成非晶态被认为是所有液体的一个基

本属性，一旦冷却过程中液体的晶化被抑制，非晶必

然会形成，否则将会违反热力学第三定律。但是，玻

璃转变的本质和机制问题人们还知之甚少。即液体是

如何凝聚成结构无序，能量上亚稳的玻璃态的仍是未
 
解之谜； 在过去的50 多年中玻璃转变一直是统计物




理、理论物理、非线性数学、材料科学的重要研究方

向。人们尝试提出了大量的理论来解释这一现象，迄

今为止还没有一个基础的理论，相比之下，连续相变

的唯象理论由朗道在半个世纪前给出，相变初始和最

终的平衡态以及某些中间态可由热力学计算得到。由

于本身的复杂性和粒子太小、动力学过程太快、单原

子在三维物体内无法被观测，从而导致玻璃转变基本

微观物理过程和本质机理至今仍然不清楚，其动力学

过程则难以预测

从实验技术的角度，这一问题的探

索受制于现有的结构和动力学实验技术很难同时实现
 高的时间（皮秒）和空间（1»2埃尺度）分辨。

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时间分辨的X 射线衍射 - 物理学进展

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    2010年12月21日 - (femtosecond) 甚至是埃秒(attosecond) 級光譜的發. 展提供了 ... 庫塔(Runge-Kutta) 的數值方法得到時間與空間的動. 態行為。 (. ) ))] / exp(. 1(. /[. ) 1(. /2 ln4. / t. 2 ln4 .... 所以我們可以得到從飛秒到幾百皮秒時間尺度下的. 時間解析度 ...
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    亚埃分辨与皮米精度原子结构的实验测量与计算 - 中国科学杂志社

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    二. 者相辅相成, 从时间与空间两个尺度都能加深对材料的原子结构的理解和认识, 推进原子 ... 2013 年1 月第58 卷第?期. 2. 它们不仅仅是有趣的, 更是影响材料性能的重要甚. 至决定性的因素. ... 时间尺度. 在皮秒到飞秒量级, 有至少9 个数量级的差别.
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    Page 2 ... 像；或是子彈打穿燈泡那千分之一秒的頻閃相片。但是如果看見 ... 拍攝到時間和空間，而且是以普及的電子顯微鏡為基礎，因此我將這項技 ... 從原子到巨觀尺度徹底了解材料的特性、奈米和微米機電系統（NEMS和 .... 運動，空間解析度必須小於1埃。 .... 百皮秒。 奈米晶體影像可測. 量發生在不同位置的. 振盪。在數十微秒之.

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