物質(zhì)時間中的玻璃年齡

長期以來，即相同的松弛過程是線性和非線性老化的基礎(chǔ)，這一長期假設(shè)現(xiàn)在得到了實驗的支持。

跟隨導(dǎo)游游覽歐洲城市，你可能會聽到一個故事，即古老的大教堂窗玻璃看起來不均勻，因為數(shù)百年來，玻璃已經(jīng)慢慢流向窗格底部。這個故事只是一個神話；這種二氧化硅流動至少需要地質(zhì)時間尺度。但玻璃材料，分子和其他材料，確實會慢慢進化到難以捉摸的平衡狀態(tài)，這個過程被稱為衰老。由于它們不平衡，這個過程是非線性的，依賴于歷史，這使得老化系統(tǒng)的行為難以建?；蝾A(yù)測。

然而，像許多物理過程一樣，玻璃材料在受到足夠小的擾動時的反應(yīng)可能是線性的。20世紀(jì)70年代，研究人員提出，這種材料的線性響應(yīng)，可以用現(xiàn)有的理論框架來描述，也可以用來理解其難以捕獲的非線性行為。根據(jù)他們的推理，如果系統(tǒng)在兩個制度的演變背后都有相同的熱重排，那么相同的響應(yīng)函數(shù)應(yīng)該描述兩者。但在非線性狀態(tài)下，動力學(xué)減慢，實驗室時間必須被所謂的材料時間所取代，該時間以反映樣品狀態(tài)的速度進行。

隨后的理論依靠材料時間框架將線性和非線性玻璃老化聯(lián)系起來，盡管這種時間的存在從未通過實驗直接得到驗證。現(xiàn)在，丹麥羅斯基勒大學(xué)的Birte Riechers和同事在玻璃形成的分子液體中建立了這種聯(lián)系。在進行一系列仔細(xì)測量以確定材料對溫度小變化的反應(yīng)后，他們能夠在沒有合適參數(shù)的情況下準(zhǔn)確預(yù)測其在更大溫度跳躍后的行為。

在他們的第一組實驗中，研究人員對一層薄薄的液體進行溫度跳躍，并在每次實驗后跟蹤其演變。他們測量了樣品在10 kHz的電容，作為其配置演變的代理。實驗很耗時，因為樣本可能需要幾天甚至幾周才能在跳躍后進行平衡。它們也很精確：Peltier元素將溫度波動控制在不到一毫開爾文，超精確的電容橋使分辨率達到picofarad的百分之一。

研究人員通過觀察樣本在小于1K和10mK的小溫度躍升后的演變來確定樣本的線性響應(yīng)函數(shù)。然后他們測試了該功能。圖中的上圖證實，研究人員確實在觀察線性狀態(tài)，溫度的變化（紅色）會產(chǎn)生測量電容（綠色）的比例變化，并表明響應(yīng)函數(shù)（黑色）可以預(yù)測樣本的行為。下圖顯示了納入材料時間后響應(yīng)函數(shù)的預(yù)測。大振幅溫度振蕩使樣品處于線性狀態(tài)之外，但預(yù)測和數(shù)據(jù)仍然非常一致。

當(dāng)氣溫躍升至2.5K左右時，數(shù)據(jù)和預(yù)測之間的偏差開始出現(xiàn)?；谶@種行為，研究人員認(rèn)為，該材料可能有兩個非線性老化狀態(tài)：一種是中間的，其中與線性狀態(tài)相同的放松機制，另一種是更極端的，其中其他過程有助于材料的反應(yīng)。

參考文獻：（B。Riechers等人，科學(xué)。Adv. 8, eabl9809, 2022.)

拓展閱讀：1.量子技術(shù)可以使電動汽車充電的速度和加油的速度一樣快

2.量子門算法有望在現(xiàn)有硬件上實現(xiàn)！? ? 3.地?zé)岚l(fā)電廠會成為鋰的來源嗎？4.當(dāng)2種冠狀病毒變種在1個人體內(nèi)相遇時，可以誕生弗蘭肯斯坦雜交種？

視頻欣賞：1.元氣少女《戶外有氧運動》2.剛?cè)岵⑦M《室內(nèi)瑜伽訓(xùn)練》

? 3.有顏值又有力量《擼鐵美男》見人不如健身? 4.猛男一枚《室內(nèi)力量訓(xùn)練》