深入复杂世界无定型固态

固态素材从高刚定序晶素材到更滑滑、非规律固态世界等多种多样虽然我们有良好的理论理解晶状材料的属性和行为方式, 无变固态结构混乱使他们基本物理复杂解析东京大学Hideyuki Mizuno教授使用计算模拟理解这些材料不完全令它们如此有趣的原因和方式

固态素的属性不仅来自现有的化学元素,还主要来自固态原子的排列与分子不同,它可能由单个十大原子组成,固态通常由复用结构组成,数以百计原子组成,多像形状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状形状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状状

固态材料中发现的重复原子元体称单元单元,这是描述整体固态完全对称最小复用单元晶状材料,如大多数金属、雪花甚至计算机芯片中的硅,底层结构高度规律化微镜性能反转影响宏形物理属性,意指它们有锐化定义清晰的熔点并常硬化

在许多应用中,例如能源生成中,我们感兴趣的是固态传热能力,以及我们通过调整原子材料结构能高效实现这一点。原子从不休眠 即使在最冷的条件下取而代之的是,它们处于恒定运动状态中, 部分能量和运动 被困在所谓的振动模式中

物料温度增高 令振荡或声带增倍 并称实心中多原子大合运声波或振荡模式非常重要 因为这些模式帮助通过物料移动热能普通晶状固态原子振荡位置定义清晰,我们有数项理论描述振动模式类型及其频率,从中我们可以预测系统整体属性和行为举止

这使观察原子舞蹈成为可能,因为能量通过结构传递

东京大学Hideyuki Mizuno教授感兴趣的是行为不良的材料大类材料被称为非态固态材料,整体固态结构不易用单单元生成这是因为结构中存在缺陷或缺陷,削弱整体对称和顺序许多材料,如镜像等,都有这种结构,但我们对它如何影响材料的热传性或分子振荡在底层传输机制中的确切作用只有有限理解。

无序描述
眼镜是非态固态的典型例子,但许多其他材料,如塑料、陶瓷和沥青也有这些类型材料潜在的结构异常特征。缺陷或结构异性可被利用改变物理特性,如弹性僵硬度和热传导性

水野教授和他在东京大学的团队是创建计算模型专家,描述这些复杂系统,这些系统可用于探索基础物理在分子动态模拟中,每个原子都描述为小球带给定电量,通过一种潜力与其他原子交互作用,一种模拟原子对立力的方法

系统中包含一定温度和量的能量作为模拟的起始点,然后演化成时间函数通过计算不同时间步骤的不同属性,有可能视觉化整个固态传能,甚至跟踪所有原子运动,从而有可能通过振动模式看到原子跳过结构时能跳动

分子动态模拟是极强非正常系统工具,由于其随机性无法用分析数学计算描述比较容易探索'计算机化学', 原子可以交换其他元素或原子密度提高, 通过运行模拟,我们可以看到这会如何影响材料的整体属性正因如此,分子动态模拟不仅在材料设计中广受欢迎,而且作为制药行业预筛药对象工具广受欢迎。

这项工作发现新方式建模描述这些低频模式的物理

水野教授的模拟类型 特殊之处在于他能使用大规模数值模拟 研究素材中的物理第一,他必须从原子数和位置方面对系统作精确描述,然后他可以研究系统低频模式如何通过操作或对系统施压行为,并在此过程寻找新方式建模描述这些低频模式在变换系统中的物理

振荡式运输
水野教授模拟研究 物素反应特性 从高序晶系系统水野教授通过严格分析振荡模式和热传导性发现振荡模式和热传输特性高度依赖固态异差的数量和类型这是因为缺陷改变与系统振荡相联运动类型的复杂性,这也使得这些运动更容易定位到固态的具体区块上。

令人惊讶的是,他还发现,对非态系统来说,异质性并不限于本地网站,而是显示局部缺陷振荡签名,甚至在宏分级标定值上也是如此(自定义限值)。晶状系统从未存在的缺陷振荡是非态系统所特有干扰材料能量传递并降低热传导性

水野教授的工作代表着巨大的发展, 说明我们理解本地结构异同非态系统如何实际影响材料的整体特性:它们在不同尺度上行为不一并形成非态系统多尺度结构研究结果为我们提供了新工具,可应用到多非定式系统中,如硅镜、金属镜、塑料、陶瓷和沥青等基础科学和工程中广泛使用的工具。