不稳定性决定非晶固体的低频振动谱
软凝聚态物质
2024-12-10 v1 无序系统与神经网络
摘要
非晶固体在Debye预测之外表现出低频振动模式的过量，这贡献于其异常的力学和热学性质。尽管这些模式的分布常被提出具有ω⁴幂律标度，但精确的指数仍存在争议。在本研究中，我们证明边界条件诱导的不稳定性在这一可变性中起关键作用。我们识别出两种不同的弹性分支，其能量景观性质不同：虚构分支，其中剪切极小值仅通过弹性变形无法到达，需要塑性不稳定性；以及真实分支，其中弹性变形可以到达这些极小值。虚构分支上的构型表现出振动态密度（VDoS）标度D(ω)∼ω³，而真实弹性分支在简单剪切和纯剪切变形下表现出D(ω)∼ω⁵·⁵的标度。对两种分支进行系综平均得到VDoS标度D(ω)∼ω⁴。此外，在无残余剪切应力下弛豫到剪切极小值的固体，在二维和三维中均表现出更陡的标度D(ω)∼ω⁶·⁵。我们为非晶固体提出两种极限行为：若增大系统尺寸而不解决不稳定性问题，低频VDoS以接近3的指数标度。反之，在考虑大尺寸之前消除残余剪切应力，VDoS以D(ω)∼ω⁶·⁵标度。
引用
@article{arxiv.2412.06475,
title = {Instabilities govern the low-frequency vibrational spectrum of amorphous solids},
author = {Surajit Chakraborty and Roshan Maharana and Smarajit Karmakar and Kabir Ramola},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.06475},
year = {2024}
}