在太赫茲（THz）頻率，玻璃振動譜總是偏離經典德拜模型預測而形成一個過剩的態密度峰。由于服從波色-愛因斯坦分布，這種振動態密度的過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雜的結構本質以及豐富的動力學提供了一扇重要的窗口。近日，中國科學院力學研究所、德國明斯特大學與中科院物理研究所等合作研究并取得進展。

 

研究以一系列非晶合金（金屬玻璃）及其對應的晶化產物為模型體系，開展了系統的低溫（1.9-100K）比熱測量。通過細致分析低溫比熱的聲子和電子貢獻，精確分辨出各拓撲無序態非晶合金的波色峰位置和強度。研究發現，非晶合金的低溫比熱波色峰包含過剩的準局域聲子散射和背景的電子激活兩部分貢獻，但前者是主控的。這兩種貢獻高度耦合，且均依賴于非晶無序結構。基于是否包含電子貢獻，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撲狀態非晶合金中的演化規律。研究發現，對于包含電子貢獻的非晶合金低溫比熱波色峰，其強度和位置存在與材料無關的統一線性反比例關系，（如圖）。這種反線性關系表明，不同拓撲無序態的非晶合金在波色峰溫度或頻率時表現出普適的結構軟化行為。研究進一步顯示，通過瞬時剪切模量為媒介，這種波色峰背后的結構軟化與非晶合金固-液玻璃態轉變時的結構弛豫可能具有類似的結構起源。上述研究結果為今后從低頻振動奇異“波色峰”角度理解和表征非晶合金的塑性流動奠定了基礎。

 

相關研究成果發表在Applied Physics Letters上。研究工作得到了國家自然科學基金委、中科院和德國物理學會的資助。（來源：中國科學院力學研究所）

 

 

非晶合金低溫比熱波色峰強度與位置的普適反線性關系