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簡單玻璃模型中的動力學Gardner轉變研究獲進展

來源：理論物理研究所 2023-08-03 14:55:44

(資料圖片)

描述從流體態(tài)到具有剛性的固體態(tài)的臨界阻塞轉變，對探討無處不在的無序固體的性質至關重要。通過將力學性質抽象為狀態(tài)的穩(wěn)定性，阻塞轉變的臨界性被證明在生命物質、機器學習等領域的復雜系統(tǒng)中普遍存在。該轉變的本質是統(tǒng)計物理和軟物質物理的研究熱點之一。

近年來，自旋玻璃研究發(fā)展的復本對稱破缺范式在描述阻塞轉變問題上取得了突破性進展。某些結構玻璃中被證明存在從簡單到具有分形結構的自由能景觀的復本對稱破缺相變。該轉變被稱為Gardner相變，阻塞態(tài)被歸結為全階復本對稱破缺的Gardner玻璃相的高壓/低溫極限態(tài)。諾貝爾物理學獎獲得者Giorgio Parisi等在無限維極限下，得到了硬球玻璃相的熱力學精確解，從而定量解釋了阻塞轉變的臨界性。

然而，現(xiàn)實中的無序態(tài)多是在非平衡條件下形成的，對比Gardner物理的普遍性，即使在簡化的平均場自旋玻璃中仍是尚未解決的問題。此外，在一個系統(tǒng)中取得的非平衡復本破缺問題上的突破有助于推動其他相關復雜系統(tǒng)的研究，動力學復本對稱破缺研究因而具有深刻意義。在最近發(fā)表于《美國科學院院刊》（PNASe2218218120 (2023)）的一項研究工作中，中國科學院理論物理所與合作者，通過模擬簡單的硬碟玻璃模型研究該問題。研究分析了反常動力學并定義了動力學轉變。研究根據(jù)自由能景觀的復雜性首次給出完整的玻璃相圖。該研究縮小了非平衡條件下的實驗和熱力學理論研究之間的距離，為構建普適的動力學玻璃理論鋪設了道路。

該工作由理論物理所、中國科學技術大學、法國蒙彼利埃大學合作完成。理論物理研究所為第一完成單位。部分計算在中國科學技術大學的超算中心平臺完成。研究工作得到國家自然科學基金委員會和中國科學院等的支持。

玻璃相圖：自上而下，在增大壓強趨于阻塞態(tài)（紅線）的過程中，系統(tǒng)總是先經(jīng)歷Gardner轉變（橘線與淺藍線）。臨界阻塞因此受Gardner物理控制。

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