高度过冷液体的动力学：异质性、流变学与扩散

通过分子动力学模拟，在二维和三维的静止和剪切条件下研究了具有软芯势的高度过冷液体。由于对关联函数第一峰的尖锐性，我们可以明确地定义相邻粒子对之间的键。在结构重排时，它们以团簇的形式集体断裂，团簇的大小随温度 $T$ 的降低而增大。键寿命 $\tau_b$ 取决于 $T$ 和剪切速率 $\gdot$，在弱剪切 $\gdot \tau_{\alpha} \ll 1$ 下与通常的结构或 $\alpha$ 弛豫时间 $\tau_{\alpha}$ 同数量级，而在强剪切 $\gdot\tau_{\alpha} \gg 1$ 下，由于剪切诱导的笼子破裂，它随 $1/\gdot$ 减小。在时间间隔（$\sim 0.05\tau_b$）内累积的断裂键与伊辛自旋系统的临界涨落非常相似。例如，它们的结构因子很好地符合 Ornstein-Zernike 形式，由此得到关联长度 $\xi$，代表由断裂键组成的团簇的最大尺寸。我们还发现了一个动力学标度关系 $\tau_b \sim \xi^{z}$，对任何 $T$ 和 $\gdot$ 均成立，其中二维 $z=4$，三维 $z=2$。对于任何 $T$ 和 $\gdot$，粘度约为 $\tau_b$ 的量级，因此出现了显著的剪切变稀行为。在宽剪切区域内，剪切应力接近极限应力。我们还研究了三维剪切中标记粒子的运动。发现扩散常数约为 $\tau_b^{-\nu}$ 的量级，其中 $\nu=0.75 \sim 0.8$，对任何 $T$ 和 $\gdot$ 均成立，因此在强剪切下其值比零剪切时大大增强。这表明爱因斯坦-斯托克斯关系被破坏，与实验一致。还提出了一些可能的实验。