Хотя стекла демонстрируют неупорядоченную атомную структуру, рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов обнаруживает тонкую периодичность. Исследователи из Университета Цукубы продемонстрировали, что эта скрытая периодичность, называемая "невидимым порядком", играет решающую роль в определении колебательных колебаний в терагерцовом диапазоне частот, которые существенно влияют на физические свойства стекла.
На первый взгляд стекло кажется случайной сетью атомов. Однако рентгеновский и нейтронно-лучевой анализ выявляет слабую, но устойчивую периодическую особенность, известную как первый резкий дифракционный пик (FSDP). Одновременно стекло демонстрирует бозонный пик (BP), колебательную аномалию в ТГц-диапазоне, которая способствует его низкой теплопроводности, механическим характеристикам и поглощению света в ТГц-диапазоне. Несмотря на обширные исследования, точная взаимосвязь между FSDP и BP оставалась неясной.
Используя теорию гетерогенной упругости, которая учитывает пространственные колебания упругих свойств материала, исследователи выявили прямую корреляцию между появлением BP и присутствием FSDP. Теоретическая модель показывает, что масштаб упругой неоднородности, необходимый для проявления АД, совпадает с масштабом FSDP. Это говорит о том, что FSDP является определяющим фактором в колебательном поведении стекол в ТГц-диапазоне.
Ожидается, что эти результаты послужат основой для разработки новых стеклянных материалов с настраиваемыми бозонными пиками, позволяющими целенаправленно контролировать их тепловые и механические свойства.
Эта работа была поддержана грантами JSPS KAKENHI № 23H01139 и 23K25836 (для T.M.), 23H04495 (для H.M.), 22K03543 (для H.M.) и 24K08045 (для Y.F.); и грантом JSPS в помощь областям преобразующих исследований (A) "Гиперупорядоченные структуры". Научный грант № 20H05878 (для С. Кохара) и 20H05881 (для S. Кохара); и исследовательское сотрудничество AGC (Т.М.); и GIC & NGF (Т.М.).
Комментарии