过冷液体中的涌现促进与玻璃态动力学

在过冷液体中，动力学促进指微观运动引发邻近区域进一步运动的现象，导致空间异质动力学。这是此类液体玻璃态弛豫动力学的核心，表现为弛豫时间尺度随温度降低呈超阿伦尼乌斯增长。尽管动力学促进十分重要，目前仍缺乏其如何涌现并影响弛豫动力学的理论理解。本文提出一个解释动力学促进微观起源的理论。我们表明动力学通过局域键交换事件（亦称激发）进行，导致弹性应力累积，新激发可与之相互作用。低温下这些弹性相互作用占主导，并促进在先前激发附近产生新激发。利用线性弹性与马尔可夫过程理论，我们模拟了一个模型，其重现了实验与分子模拟中观测到的玻璃态动力学多个方面，包括弛豫函数的拉伸指数衰减、弛豫时间尺度的超阿伦尼乌斯行为及其二维（2D）有限尺寸效应。该模型还预测了均方位移（MSD）在短、中时间尺度上的次扩散行为。此外，我们推导了声子对扩散与弛豫的贡献，其与激发贡献结合产生了两步弛豫过程，以及过冷液体中常见的弹道-次扩散-扩散交叉 MSD 行为。