玻璃与晶体低温振动中的截断非线性

我们提出了使用标准Lennard-Jones相互作用势对玻璃态和晶态的计算机模拟研究，该势函数在有限截断距离处被截断，这是许多计算机模拟的典型做法。我们证明，势函数在截断距离处一阶导数（对应于粒子间作用力）的不连续性导致了截断非线性的出现。这些截断非线性持续到极低温区域，从而影响低温热振动，这导致许多本征模尤其是低频振动模的谐波近似失效。此外，虽然由相互作用势泰勒展开中的高阶项引起的展开非线性通常在低温下被忽略并随温度升高而出现，但截断非线性在最低温度下可能变得最为显著。非谐效应很容易在弹性模量中显现，弹性模量不仅依赖于本征频率，而且对本征模的本征向量至关重要地敏感。相反，那些主要依赖静态结构信息或仅依赖本征频率的观测量，例如振动态密度、总势能和比热，对截断的存在表现出可忽略的依赖。最近在模型颗粒材料中报道了类似的非线性行为方面，其组成粒子通过有限范围纯排斥势相互作用。这些非线性被归因于力律中接触处突然截断的性质，因此我们证明了截断非线性作为通过截断势相互作用的有序和无序固态系统的一般特征而出现。