东京大学助理教授 Hidenori Mizuno、副教授 Masashi Ikeda 和东北大学特聘助理教授 Hayato Shiba 发现,玻璃和普通固体的振动特性有着本质的不同。
撞击固体会发出声音,因为固体特有的分子振动模式是声波。声波是一种空间传播波,遵循称为“德拜定律”的定律(声波的数量与频率的平方成正比)。然而,长期以来一直有人认为玻璃具有无法用德拜定律解释的振动模式,但不清楚它是什么以及它遵循什么定律。
在这项研究中,我们进行了大规模的计算机模拟,成功地阐明了玻璃特有的振动模式。具体而言,通过对每个分子进行分子模拟,详细研究了玻璃中分子的振动模式。
结果发现,除了声波之外,玻璃还具有与声波完全不同的空间局部振动。发现该振动模式为空间局域性振动,即空间中部分分子振动较大,而另一些分子几乎不振动的振动模式。
此外,事实证明,这种局部振荡遵循与德拜定律不同的全新定律。即,确定了根据德拜定律的声波和根据另一定律的局部振动在玻璃中混合。
这个结果最终表明玻璃与普通固体有本质的不同。据称,这一成果终结了长期以来备受争议的玻璃振动特性问题。此外,预计对玻璃的热学和机械性能的基本理解将大大提高,从而导致开发新玻璃材料的技术。