玻璃化转变的分子串模型中空间弛豫模式的计算机模拟
玻璃材料逐渐成为我们生产和生活中必不可少的材料之一,但是玻璃化转变的机制探索依然是凝聚态物理的核心问题之一,至今仍然没有一个被普遍接受的微观模型或理论.本世纪初,黄以能等提出了玻璃化转变的分子串模型,该模型中所用的参数少、物理参量起源明确,初步研究结果给出了玻璃系统主弛豫动力学奇异特征一般规律的统一的、定量的描述,模型的理论结果的推导过程极其复杂,其理论结果的正确性和计算过程都有待于验证.在模拟研究中,近似模拟方案的结果初步验证了分子串模型的正确性,但该方案无法对所有的弛豫模式的弛豫动力学进行模拟.本文根据分子串模型中分子串哈密顿量以及分子串弛豫动力学方程,结合蒙特卡洛方法,提出了模拟分子串模型所有弛豫模式的弛豫动力学的精确模拟方案;依据提出的方案,编写了模拟程序,在PC机以及曙光TC2600大型计算机上,对不同温度下的不同串长时分子串模型的所有空间弛豫模式的弛豫动力学进行了模拟,得到了相应的弛豫函数随时间变化图;并由弛豫函数拟合得到了相应的弛豫时间,得到弛豫时间随温度及其串长的变化情况;将模拟结果与近似模拟结果以及理论值进行比较,他们相互一致,弛豫函数都随时间呈现出指数衰减的特征,弛豫时间随温度T和串长n的变化趋势都表现出了两种情况,即一个分子串的所有SRM可以分为两种:第一种是弛豫时间最长、激活能最大所对应的第一弛豫模式;第二种是对应所有剩余的弛豫模式,具有相同的激活能且激活能较小.这些变化特征与液态包括过冷液态中的-弛豫和-弛豫存在是一致的.模拟结果验证了分子串模型中分子串弛豫动力学方程及其理论预言的正确性.同时验证了本文所提出分子串模型所有空间弛豫模式的弛豫动力学的精确模拟方案的可行性与正确性.Glauber-Ising模型及其相关模型自提出以来已成为研究凝聚态中弛豫现象的重要基础之一.在这些众多的模型中,几乎都涉及跃迁几率指定问题,只有近来黄以能等提出的一个扩展一维Glauber-Ising模型,可以基于Boltzmann原理和独立事件的一般统计原理,严格地推导出其单粒子跃迁几率,但是其弛豫动力学行为尚不能从理论上得出,仅运用计算机模拟的方式对第一弛豫模式进行了近似模拟.本文在对分子串模型各弛豫模式进行模拟的基础上,提出了该扩展Glauber-Ising模型各弛豫模式的近似模拟方案,以研究其弛豫动力学行为,进而检验分子串模型中单粒子跃迁几率的合理性以及模拟方案正确性与适用性.依据所提出的方案进行模拟,将模拟结果与分子串模型的结果进行比较,变化趋势相同甚至是一致的.模拟结果说明了本文所提出的分子串模型的精确模拟方案具有一般性,可以应用于相关模型的弛豫模式的弛豫动力学的模拟研究,也说明分子串模型中单粒子跃迁几率的合理性.本文的研究工作验证了分子串模型中对于其个弛豫模式的动力学行为的预言的正确性,也验证了其单粒子跃迁几率的合理性,以研究尚不能从理论上尚未求解的模型的弛豫动力学行为,并提供了一种一般模拟方案;同时检验了分子串模型中单粒子跃迁几率的合理性.本文研究工作还将为分子串模型中的多态问题、串间关联作用下的弛豫动力学问题,以及更为细致的分子跃迁图像、多粒子跃迁问题等更为复杂问题的研究提供方法与思路.
- 作者：
- 樊小辉
- 学位授予单位：
- 伊犁师范学院
- 专业名称：
- 光学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 黄以能
- 中图分类号：
- TQ171.1
- 关键词：
- 玻璃化转变；分子串模型；弛豫动力学；空间弛豫模；计算机模拟
- glass transition； molecule string model； relaxation dynamics； spatial relaxation mode； computer simulation