玻色峰是非晶物质的一个典型特征和动力学行为 , 涉及其组成粒子振动行为的反常性 , 即在THz频率范围 , 非晶物质表现出相对于晶体而言过高的振动态密度 , 其额外的声子散射在低温下(5~30 K)对比热的贡献尤为突出 , 导致相对于晶体而言过高的比热 。 对于晶体材料而言 , 我们知道其比热在低温下(< 20K)与温度的三次方成正比 , 德拜T3定律很好地解释了材料低温比热与温度的三次方关系 。 因此德拜模型被认为是量子理论在20世纪初所取得的重要进展之一 。 然而后续的研究发现 , 非晶态物质(也即结构玻璃)的低温比热违背了德拜定律 , 非晶物质会在低温下(5~30K)表现出相对于晶体物质过剩的比热异常 , 该反常现象被称为比热玻色峰 。 近半个世纪的研究表明 , 玻色峰已经在结构玻璃中被普遍发现 , 并被认为是结构玻璃的典型特征和指纹 。 但是结构玻璃中玻色峰的起源仍然存在争论 。 目前 , 多种理论都可以在一定程度上解释玻色峰现象 , 但是玻色峰真正的起源仍然是未解之谜 。 因此 , 亟待寻找新的视角去重新审视现有的诸多理论 , 并从中鉴别出玻色峰真正的物理起源 。
另一方面 , 广义的玻璃态对应着某种物理量的长程无序分布 。 当原子排列呈长程无序状态时 , 我们就得到了结构玻璃(也即非晶态物质) , 例如氧化物玻璃、金属玻璃等 。 而当长程无序分布的是某种序参量(如磁矩、电极化或晶格应变)时 , 我们还可以得到相应的物性玻璃 , 也即:自旋玻璃(序参量为磁矩)、弛豫铁电体(序参量为电极化)或者应变玻璃(序参量为晶格应变) 。 关于这些物性玻璃中是否存在低温比热异常、是否存在玻色峰的研究有望为玻色峰的起源和机制提供新的视角 , 但是相关研究目前仍然是空白 。
近期 , 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室EX4组博士后任帅(现为深圳大学副研究员) , 汪卫华院士等 , 与西安交通大学的丁向东教授、宗洪祥副教授等人合作 , 首次发现应变玻璃的低温比热具有与金属玻璃类似的玻色峰异常 , 并发现该异常起源于一种新的声子软化机制 。 研究发现 , 应变玻璃与金属玻璃类似 , 相较于其长程有序态(即马氏体相)的低温比热呈现出过剩的比热异常(图1) 。
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图1. Ti50-xNi50+x应变玻璃(STG)具有与金属玻璃(BMG)类似的低温比热异常 。 模拟研究也证明 , 该比热异常起源于包围着马氏体纳米畴的母相基体中的过剩振动态(见图2a,c,d) , 而这些过剩振动态则来自于声子谱上[001]方向的横波声学支的软化(见图2b) 。
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