具有随机钉扎粒子的玻璃形成液体的动力学

人们通常假设，在冷却速率趋于零的极限下，玻璃转变现象在温度 $T_{K}$ 处成为热力学转变。然而，在任何有限冷却速率下，系统都会在接近 $T_g(>T_{K})$ 的温度处脱离平衡，这意味着假定的在 $T_{K}$ 处发生的热力学相变的存在性本身是值得怀疑的。近期对具有随机钉扎粒子系统的研究暗示，在对具有随机钉扎粒子的液体进行的模拟和实验中，可能会观察到热力学玻璃转变。这一预期基于近似计算的结果，这些结果表明热力学玻璃转变的温度随着钉扎粒子浓度的增加而升高，并且有可能在接近该升高后的转变温度下使系统达到平衡。我们通过对存在随机钉扎的两种模型玻璃形成液体进行广泛的分子动力学模拟，检验了这一预测的有效性。我们将结构弛豫时间的温度依赖性拟合为 Vogel-Fulcher-Tammann 形式，该形式预测弛豫时间在温度 $T_{VFT}$ 处发散，并将此温度等同于热力学转变温度 $T_K$。我们发现 $T_{VFT}$ 没有表现出随钉扎粒子浓度增加而升高的迹象。钉扎的主要影响被发现是随着钉扎浓度的增加，系统动力学脆性迅速降低。讨论了这些观察结果对当前玻璃转变理论的意义。