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    中國科大在非平衡剛性逾滲研究中取得重要進展
    2020-07-13

    來源:https://www.ustc.edu.cn/2020/0629/c15852a434543/page.htm


    我校物理學院徐寧教授研究組和鄧友金教授研究組合作,在堵塞(Jamming)轉變對應的剛性逾滲研究中取得重要進展真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,相關成果2020624日在線發表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网。

    逾滲(Percolation)最初用來表征流體在多孔無序介質中的流動:當空隙被隨機堵塞到一定程度時真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,流體在多孔介質中停止流動而發生逾滲相變。逾滲相變在很多體系中都會出現,是一類普遍存在的臨界現象真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网。熱力學平衡體系的逾滲已經形成了相對成熟的理論體系,然而,非平衡體系的逾滲仍然會呈現出一些特異的行為。

    堵塞轉變是一類典型的非平衡液-固轉變。大量有短程相互作用的顆粒在堆積密度增大的情況下,會發生堵塞轉變,使得無剛性、顆粒無束縛的疏松非堵塞“液”態轉變為有剛性的堵塞固態。對于具有純排斥相互作用的顆粒,剛性在堵塞轉變處的發生是不連續的真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,呈現出一級相變的特性。然而,如果給顆粒再附加上吸引相互作用,這種剛性產生的相變性質是否會發生變化?在吸引力消失的極限下是否會趨于純排斥體系的非連續相變?因為實際體系中多少存在著一些吸引相互作用真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,相比于純排斥體系真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,對有吸引力存在的堵塞轉變的表征更具有實際意義。

    在有吸引力存在的情況下,堵塞轉變呈現出剛性逾滲(Rigidity Percolation)相變的特性真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网。然而,該研究發現,這種非平衡剛性逾滲相變會呈現與平衡體系不同的行為。當吸引力程較長時,堵塞轉變仍然表現出與平衡體系的剛性逾滲類似的行為,臨界指數滿足傳統的超標度關系。當吸引力程較短時,通常用來表征剛性集團大小分布的指數會出現兩個截然不同的值,分別對應于最大集團和其它集團。有趣的是,雖然兩類集團呈現出不同的指數,它們仍然有相同的分形維數。隨著體系的增大真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,兩類集團都在增長并在熱力學極限下趨于發散真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,但卻呈現出不同的增長速度,表明體系中存在著兩個截然不同的尺度。通常平衡體系的剛性逾滲相變存在單一發散的尺度,在非平衡堵塞轉變的剛性逾滲的表征中出現雙尺度是個出乎意料的結果≌嫒擞蜗?真人游戏平台-真人游戏网;陔p尺度的發現,該研究團隊提出了一個新的、一般性的超標度關系,可以用來解釋雙尺度的出現所帶來的傳統超標度關系的破壞。該研究還表明,只要有吸引存在真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,堵塞轉變對應的逾滲都是連續相變,因此,在吸引力趨于零的極限下真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,堵塞轉變的性質與純排斥體系有本質上的差異。這項工作提供了研究非平衡逾滲的新素材,對于理解堵塞轉變的本質有重要的意義。

    左圖為發生剛性逾滲的顆粒堵塞態示意圖真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,紅色和藍色為第一、二大剛性集團。右圖為(a)較長和(b)較短吸引力情況下剛性集團大小s的分布,對于較長的吸引,有單一的分布指數真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,而較短吸引有兩個不同的指數真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,暗示兩個不同尺度的存在。

    審稿人評論說:“該工作向著全面理解堵塞轉變邁出了實質性的一步,并且對于其它一些與逾滲相變相關的問題有潛在的影響。(The  study makes a substantial step toward a complete understanding of the  jamming transition, and has a potential impact on a range of other  problems related to percolation transitions.)”。

    該工作的第一作者是王宇川真人游戏-真人游戏平台-真人游戏网,鄧友金教授和徐寧教授是共同通訊作者。這項工作得到了國家自然科學基金委、科技部的支持。

    論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.255501


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