无序固体中的非线性声子色散与非 Debye 振动谱

所有固体，无论结晶或无定序，都支持其在长程波长极限下具有线性色散关系的弹性波传播。这些波对应于低频声子，具有遵循 Debye 经典模型的振动密度。随着频率的增加，与 Debye 预测的偏离可来自声子色散的非线性，或来自非声子振动模式——后者在因结构无定序而存在于非晶体固体中。无序固体中的非线性声子色散及其对非 Debye 异常（尤其是充满争议的玻色峰）的相对贡献，仍不完全为人所知。本文表明，在广泛的无序固体范围内（包括弹性网络和各种玻璃），非线性声子色散源于一种尺度为中尺度的无定序长度尺度，这种长度尺度也控制波的衰减。我们随后利用分析和大规模计算机仿真，定量确定非线性声子软化与非声子振动对非 Debye 异常起始及玻色峰贡献的相对大小。我们指出，两种物理机制的相对大小强烈取决于固体无定序的强度——例如由玻璃形成过程中的热历史控制——对于现实的实验玻璃，两者对玻色峰都有显著贡献。这些发现代表了对无序固体理解的基本进展。