我国科大提醒硬球胶体玻璃的实质

  液体在快速降温防止结晶的情况下会构成典型的非晶固体-玻璃，玻璃化改变的机理和玻璃的实质是困扰凝聚态物理学界多年的难题。胶系统统在密度快速增大时也能构成胶体玻璃，比较于原子分子系统，胶系统统因为空间和时间标准的观测优势，成为现在试验研讨玻璃化改变机理的抱负模型系统，而硬球胶体因为效果势简略成为研讨胶体玻璃化改变的典型系统。

  硬球胶体玻璃中的颗粒长期在平衡位置邻近振荡而无法逃逸。但是，假如降至零温，使得颗粒的运动速度为零，该系统将因为颗粒不相触摸而损失刚性，这也就转化为硬球系统静态堆积的问题。静态堆积的硬球只有当堆积密度到达无规密堆积密度、产生Jamming改变的时分才会构成有刚性的非晶固体。近期的研讨标明Jamming改变密度高于硬球胶体的玻璃化改变密度，因而，处于这两个密度之间的硬球胶体玻璃表现出奇异性：零温的时分系统没有刚性，而一旦有热运动的介入，系统立刻构成有刚性的固体。是什么问题造成了硬球胶体玻璃的特别性？硬球胶体玻璃是否会应战咱们对固体的认知？

  我国科学技术大学教授徐宁课题组连续之前对胶体玻璃化改变和Jamming改变关联性的系列研讨[Nature459,230(2009)；SoftMatter9,2475(2013)]，提醒了硬球胶体玻璃的实质：与以往咱们对固体的知道不同，硬球胶体玻璃是不能承载可严厉界说的横向成分声子的固体。该研讨成果发表于1月23日的《物理谈论快报》上。

  该课题组的博士生王锡朋等人经过核算具有纯排挤相互效果的软球胶体玻璃的动力学结构因子，获得了声响传达的色散联系和衰减因子，从而获得了声子的波长和平均自由程信息。因为结构无序，声子遭到激烈散射，当声子的波长与其平均自由程适当的时分，即到达Ioffe-Regel极限的时分，声子的界说将呈现一些显着的反常问题。高于Ioffe-Regel极限频率的本征振荡形式因为波长大于平均自由程而缺少粒子性将不能被严厉界说为声子。该课题组前期的作业标明，软球胶系统统在温度稳定的条件下，跟着密度的增大先后阅历玻璃化改变和类Jamming改变；在零温极限下即演化成上述的硬球胶体的玻璃化改变和Jamming改变。在这项作业中，他们发现当密度高于类Jamming改变密度时，软球胶体玻璃的横向和纵向Ioffe-Regel极限频率都大于零，因而该密度范围内的胶体玻璃（被称为GlassTL）一起具有可严厉界说的横向和纵向成分的声子，归于咱们预期的正常的固体。但是，横向和纵向Ioffe-Regel极限频率分别在类Jamming改变和玻璃化改变处降为零，因而，处于两个改变之间的软球胶体玻璃（被称为GlassL）只能承载有用的纵向成分的声子，在零温极限下该区域刚好对应的是硬球玻璃存在的区域。

  因为本征振荡形式是决议固系统列特性的根底，横向成分的振荡不能被严厉界说为声子应该是决议以上所述硬球胶体玻璃奇异性的本源。该课题组继而核算了硬球胶体玻璃的弹性模量，发现剪切模量和体积模量之比跟着密度的增大而减小，在Jamming改变处降为零。这种密度依赖性与Jamming改变之上的软球胶体玻璃截然相反，而这应该是硬球胶体玻璃特别实质的表现。

  固体中横向成分的振荡都不能被严厉界说为声子是个令人惊讶的发现，但一起也暗示了用硬球胶系统统来了解原子分子系统的玻璃化改变有几率存在着问题。审稿人点评说：“这是一个新的、很重要的成果。它将导致咱们对Jamming和玻璃化改变愈加深入的知道，因而是该范畴的一项重要发展”、“该作业别致、风趣并且鼓励了在这个方向的进一步研讨”。