Sparse random matrices and vibrational spectra of amorphous solids
本文用随机矩阵方法分析了非晶态固体的振动特性。本文研究了具有非负特征值的动力学矩阵M = AA ^T。矩阵A是任意实NxN稀疏随机矩阵，每行具有n个独立的非零元素。对于所有非零元素，平均值= 0，色散<A_{ij} ^2>= V^2。< A_{ij} >对于N，n>> 1，矩阵M的振动态密度g（w）由半径与N无关的维格纳四分之一圆定律给出。我们认为，当n^2 <<N时，该模型可以用来描述非晶态固体中原子间的相互作用。矩阵M的能级统计由Wigner表面描述，对应于本征频率的排斥。在三维体系中，主要振动模式的参与比约为0.2 - 0.3，与N无关。与排斥项一起，它清楚地表明了振动激发的离域。我们表明，这些振动在空间中传播的扩散。在这方面，它们类似于Allen，Feldman等人介绍的扩散，腓Mag. B 79，1715（1999）中所述。我们的结果是在一个定性的，有时在定量协议与分子动力学模拟的真实和模型玻璃。
2011-08-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Geometric origin of excess low-frequency vibrational modes in amorphous solids
与结晶固体相比，玻璃具有大量过量的低频振动模式。我们表明，这样一个功能是一个必要的后果的几何通用弱连接固体。特别是，我们分析了最近模拟的系统，包括弱压缩球在零温度下的状态密度。我们解释了观察到的a）模式密度随频率的恒定性，b）低频截止的出现，以及c）该截止随压缩的幂律增加。我们预测了一个长度尺度，在这个尺度之下，振动与连续弹性体的振动有很大的不同。
2005-09-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Modeling the Dielectric Relaxation in Semicrystalline Polymers -- Understanding the Role of the Interphase between the Amorphous and Crystalline Domains
本文结合Doolittle自由体积理论与可压缩自洽场理论，对半结晶PLLA非晶区弛豫时间分布建模，成功捕捉温度与位置依赖性，并推导出新的经验方程。
2024-09-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Stability dependence of local structural heterogeneities of stable amorphous solids
非晶态固体普遍的反常振动和热性质被认为与弹性的局部变化有关。最近研究表明，振动特性对玻璃的稳定性很敏感。在这里，我们研究的稳定性依赖的局部弹性常数的模拟玻璃成形器在很宽的范围内的稳定性，从一个不良退火玻璃的玻璃，其稳定性是相当的实验室异常稳定的气相沉积玻璃。我们表明，随着稳定性的增加，玻璃变得更加均匀，证明了一个较小的方差的局部弹性常数。我们发现，根据在这项工作中使用的局部弹性模量的定义，局部弹性模量是不空间相关的。
2019-09-26 cond-mat.soft
Structure characterization of hard sphere packings in amorphous and crystalline states
硬球系统中的通道尺寸分布，基于四个粒子位置的局部邻域相关性，研究了所有体积分数的干扰。对于每个粒子，相邻粒子的所有三个粒子组合定义通道，这与锁定概念相关。的通道尺寸分布的分析被证明是非常有用的，在区分气体，液体，部分和完全结晶，和玻璃状（随机）堵塞状态。一个共同的微观结构特征的四个共面粒子中观察到的结晶和玻璃堵塞状态，这表明存在“隐藏”的二维秩序在三维随机紧密堆积。
2014-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Extraordinary electrical conductance through amorphous non-conducting polymers under vibrational strong coupling
针对非晶态非掺杂聚合物难导电的问题，研究通过将三类聚合物的芳香族C-H(D)面外弯曲模式与微腔真空电磁场振动强耦合，实现电导率至少提升六个数量级，揭示了量子光增强非晶聚合物长程相干输运的作用。
2023-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Universal stress correlations in crystalline and amorphous packings
本研究通过数值分析谐波与Lennard-Jones势相互作用的粒子系统，揭示了从晶体到非晶堆积的大尺度应力关联具有普适性，并在近晶极限下给出精确结果，同时利用应力关联揭示了非晶化转变中的结构周期性丧失。
2024-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Stress-stress correlations in two-dimensional amorphous and crystalline solids
本文用经典弹性理论结合实验与模拟数据，证明二维非晶固体与各向同性晶体固体在静态应力-应力关联上不可区分，且 pinch-point 奇点并非非晶独有，证实了静态应力关联的普适性。
2025-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unified theory of vibrational spectra in amorphous materials
通过可测量的振动态密度（VDOS）描述的固体的声子谱提供了关于潜在的原子结构和成键的丰富信息，并且它们确定了基本的宏观性质，例如比热、热导率和超导性。在非晶态固体中，结构无序产生许多晶体中不存在的知之甚少的现象。从一个有效场论的描述，占无序的动量扩散，我们提供了一个统一的理论描述的非晶材料的VDOS。该理论提供了一个很好的描述的模拟/实验VDOS的两种完全不同的材料（石英玻璃和非晶Si），非常少的非平凡的拟合参数。特别是，从拟合得到的声子速度和扩散线宽是完全一致的表中的值从实验。这种半解析的方法解决了长期存在的问题，描述和解释的VDOS和拉曼光谱的非晶态固体与基本的声学色散关系和声衰减的功能。此外，它可以用来在一个反向工程的方式来估计声子色散关系，声衰减和动态结构因子从一个简单的拟合的VDOS与所提出的模型。
2019-11-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Random quench predicts universal properties of amorphous solids
非晶态固体在其力学、结构和响应方面显示出许多普遍的特征。目前的模型假设中尺度弹性性质的异质性，但需要微调，以定量解释振动特性。一个完整的模型应该通过淬火过程的模型，从最初的无结构介质中推导出弹性不均匀性的大小和特征，在淬火过程中，温度迅速降低，固体形成。在这里，我们提出了一个淬火场理论模型，并计算结构，机械和振动观测任意尺寸$d$。这使我们能够将非晶态固体的性质与初始介质的性质以及淬火的性质联系起来。我们表明，以前的平均场结果被我们的分析和统一的空间波动的弹性模量，长程相关的固有状态应力，普遍的振动异常，和本地化模式到一个画面。
2021-12-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Universal origin of boson peak vibrational anomalies in ordered crystals and in amorphous materials
在低能区，有序和无定形固体的振动光谱控制着材料的热性质和输运性质，从热容到热传导，电子-声子耦合，常规超导性等。旧的德拜模型在低能下的振动光谱给出了与频率平方成比例的振动态密度（VDOS），但是在许多材料中，光谱偏离该定律，这导致在通过频率平方归一化VDOS时出现峰值，其被称为“玻色子峰值”。从第一性原理出发，介绍了固体（晶体和玻璃）的VDOS。没有使用任何假设的存在和性质的“无序”的材料，它表明，玻色子峰在VDOS的有序晶体和玻璃自然产生的弹性模式传播和粘性阻尼之间的竞争。该理论解释了最近在完全有序晶体中观察到的玻色子峰，这是以前的理论框架无法解释的。该理论还首次解释了振动光谱如何随固体的原子密度而变化，并解释了最近对这种效应的实验观察。
2019-03-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ring-originated anisotropy of local structural ordering in amorphous and crystalline silicon dioxide
本文提出两种基于环的定量分析方法，揭示二氧化硅中环的几何特征与局部结构有序性，并发现环周围结构有序性的各向异性有助于中程有序性构建。
2023-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Unified study of viscoelasticity and sound damping in hard and soft amorphous solids
针对硬与软非晶固体，提出由非德拜标度律决定的粘弹性与声衰减统一框架，并通过数值模拟验证。
2024-02-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Instabilities govern the low-frequency vibrational spectrum of amorphous solids
本研究揭示边界条件诱导的不稳定性是非晶固体低频振动模式幂律标度指数存在争议的核心原因，识别出两类弹性分支并明确其不同的VDoS标度规律，提出两种极限行为，解释了相关实验差异。
2024-12-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Phonon transport and vibrational excitations in amorphous solids
关于非晶态固体的热性质的一个长期存在的问题是声子输运的复杂模式。实验和计算机模拟的最新进展表明了从瑞利散射到粘性阻尼的交叉。已经提出了一些理论，但缺乏关键的测试，这些理论的有效性尚不清楚。特别是，交叉频率的精确位置仍然存在争议，更关键的是，甚至瑞利散射本身的有效性也受到严重质疑。目前的工作解决了这些问题，通过使用基本的振动本征模式的信息。振动本征模最近澄清了一个广泛的频率制度：声子模式和软局域模式的混合物在连续极限和无序和扩展模式的玻色子峰制度。在这里，我们证明了瑞利散射发生在连续极限中，粘性阻尼发生在玻色子峰值区域中，因此这些行为与相应频率区域中的底层本征模有关。我们的结果明确地确定了交叉频率。此外，我们建立了声子输运的特征标度律，这是一致的平均场论的预测在较高的频率，但不一致的低频，瑞利散射制度。因此，我们的研究结果揭示了当前理论有待解决的关键问题。
2018-12-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Novel elastic instability of amorphous solids in finite spatial dimensions
近年来，人们对非晶态固体中反常振动激发的理解取得了进展。在最低频率区域，振动光谱遵循非德拜四次定律，其持续到零频率而没有任何频率间隙。这种无隙振动态密度（vDOS）表明玻璃处于不稳定的边缘。这种边缘稳定性的特征现在被强调为玻璃理论中的一个关键概念。特别地，基于边际稳定性的弹性理论预测了无间隙vDOS。然而，这个理论产生一个二次定律和\textit{not}四次定律。为了解决这个矛盾，我们提出了一种新的不稳定性，它不同于传统的不稳定性，并提出非晶态固体是边缘稳定的，考虑到这种新的不稳定性在前面的研究中。Shimada，H. Mizuno和A. Ikeda，Soft Matter，{\bf 16}，7279，2020]。在这项研究中，我们进一步扩展和详细的结果，这些不稳定性。通过分析各种例子的障碍，我们表明，真正的玻璃在有限的空间维度可以勉强稳定的建议新的不稳定性。
2020-10-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Vibrational density of states of amorphous solids with long-ranged power-law correlated disorder in elasticity
为了确定无序固体的振动态密度$D(ω)$，推导了基于弹性常数（或等效内应力）的幂律空间相关性的振动激发理论。结果提供了第一个预测的玻色子峰在非晶材料的内部应力（或弹性常数）的空间相关性的幂律形式，通常是在实验系统中的情况下，导致对数增强（瑞利）声子衰减。预测在3D中玻色子峰周围的频率的减少的过量DOS的图中发生$\sim -ω^{2}\lnω$形式的对数校正。此外，该理论提供了在低频区域中的状态密度的标度律，包括3D中的$\simω^{4}$制度，并提供了关于玻色子峰值强度如何取决于弹性常数或内应力波动的幂律衰减的强度的信息。解析表达式也来自纵向激励，其中包括对数校正因子的动态结构因子，并提出了支持理论中使用的假设的数值计算。
2020-11-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A self-consistent current response theory of jamming and vibrational modes in low-temperature amorphous solids
University of Konstanz（康斯坦茨大学）
本研究针对低温非晶固体的阻塞与振动模式问题，采用Zwanzig-Mori投影算符形式与高斯分解近似，构建超越玻恩近似的自洽电流响应理论，揭示解阻塞失稳机制及相关振动异常、声速、态密度等特征，并用ERM模型数值验证。
2024-05-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Computing the thermal transport coefficient of neutral amorphous polymers using exact vibrational density of states: Comparison with experiments
本文针对经典模拟高估聚合物热导率的问题，提出两种基于精确振动态密度的半解析方法，使计算值与实验值定量一致。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Glassy, Gardner-like Phenomenology in Minimally Polydisperse Crystalline Systems
我们报告的非平衡相的物质，最低限度的无序晶体相，我们发现存在于最大的无定形玻璃和理想的晶体之间。尽管这些近晶体看起来高度有序，但它们显示出类似于在非晶态固体中观察到的玻璃状和堵塞特征。在结构上，它们表现出弱力和小粒子间间隙的概率分布以及振动态的平坦密度的幂律缩放。动态地，它们在特征压力以上显示出异常老化。从数量上看，这种无序的晶体相与最无序固体中的Gardner样相有很多共同之处。近晶体应该服从实验实现在商业上可获得的颗粒系统，是必不可少的验证理论的非晶材料。
2018-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Elastic heterogeneity, vibrational states, and thermal conductivity across an amorphisation transition
无序固体表现出不寻常的性质，他们的振动状态和热导率。最近的进展已经很好地建立了“弹性异质性”的概念，即，无序材料表现出空间不均匀的弹性模量。在本研究中，我们利用分子动力学模拟，逐渐将“无序”引入数值系统，以控制其模量的不均匀性。该系统从一个完美的结晶状态开始，逐渐转变为越来越无序的结晶状态，最后经历结构非晶化。我们独立监测的弹性异质性，振动状态，和整个过渡的热导率，并表明弹性模量的异质性是很好的相关性振动和热异常的无序系统。
2014-01-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Effective Theory of Superconductivity in Strongly-Coupled Amorphous Materials
基于对结构无序及其对振动谱的影响的有效描述，发展了强耦合非晶材料中声子介导的超导理论。该理论解释了在强耦合超导电性的Eliashberg理论中由于无序诱导的散射引起的振动激发的类扩散输运。与实验相比，该理论提供了Eliashberg函数$α^{2}F(ω)$的良好分析描述，并允许人们解开横向和纵向激励对Eliashberg函数的影响。特别地，它表明横向激发在驱动低能量下Eliashberg函数的增加或过量中起着至关重要的作用，这与玻璃振动光谱中的玻色子峰现象有关。这种低能量过剩一方面驱动电子-声子耦合的增强，但同时降低了Allen-Dynes公式中的特征能量标度$ω_{log}$。因此，$T_{c}$的非单调性作为$\text{Pb}$基系统中合金化（无序）的函数可以合理化。还分析了基于$\text{Al}$的系统的情况，其中无序从一开始就增加$T_{c}$。提出了在非晶超导体中增强$T_{c}$的一般材料设计原则。
2020-06-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anomalous Elasticity and Emergent Dipole Screening in Three-Dimensional Amorphous Solids
将描述非晶固体塑性事件的屏蔽理论扩展至三维，预测并解释了非晶固体中无晶体缺陷类比的涌现非拓扑分布偶极屏蔽现象及其反常力学响应。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spotting structural defects in crystals from the topology of vibrational modes
本研究证明振动模式的低频特征向量场拓扑不仅能定位玻璃软点，也可预测晶体中位错、向错和 Eshelby 夹杂等结构缺陷。
2024-10-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
