中国科大在二维固体熔化研究中取得新进展

本文摘要：近日，中国科学技术大学教授徐宁课题组在二维液体熔融研究中获得新进展，他们找到密度是影响二维硬芯胶体体系六角互为-液体热力学本质的最重要因素，该研究成果在线公开发表于8月15日的《物理评论快报》[Phys.Rev.Lett.117,085702(2016)]。论文第一作者是课题组的博士研究生祖梦婕。

近日，中国科学技术大学教授徐宁课题组在二维液体熔融研究中获得新进展，他们找到密度是影响二维硬芯胶体体系六角互为-液体热力学本质的最重要因素，该研究成果在线公开发表于8月15日的《物理评论快报》[Phys.Rev.Lett.117,085702(2016)]。论文第一作者是课题组的博士研究生祖梦婕。

　　在二维体系中，纵向波动随着系统减小而对数快速增长，从而造成二维晶体结构的毁坏，因此，二维体系在热力学无限大下不不存在严苛意义上的晶体，二维液体的熔融也不会适当地呈现与三维液体的差异。上世纪70年代，Kosterliz、Thouless、Halperin、Nelson和Young发展了KTHNY理论来叙述二维液体的熔融。根据该理论，二维液体在熔融过程中不会经常出现一个中间态：六角互为（hexaticphase），二维液体熔融是个两步过程，液体到六角相和六角相到液体的热力学都是连续相变，分别对应着晶格对和旋错对的分解成。

随后的大量实验和仿真工作都证实了六角相的不存在和二维液体的两步熔融。但是，近期的一些研究指出，六角相到液体的热力学并不几乎像KTHNY理论应验的那样是连续相变。例如，刚性粒子呈现出的是一级相变，随着粒子变硬，不会经常出现由一级相变到连续相变的改变。二维液体的熔融由于其复杂性，仍然是硬凝聚态物理领域研究的一项热门内容。

　　徐宁课题组长年注目硬芯胶体体系的热力学与自装配。硬芯胶体颗粒构成的液体具备一个*大的熔融温度，从而造成可交接熔融（reentrantmelting），即在温度恒定（高于*大熔融温度）减小密度的过程中，液体不会凝固成液体并且在更高的密度处再度熔化成液体。该课题组找到，二维硬芯胶体液体的熔融由于不存在可交接熔融特性而展现出出有十分有意思的不道德。

*大熔融温度所对应的临界密度是一个分水岭，高于临界密度时，六角互为-液体热力学呈现一级相变特性，六角相和液相不会并存，该并存区随着附近临界密度而增大，并在临界密度处消失；低于临界密度时，六角互为-液体热力学一直是倒数的。因此，*大熔融温度是六角互为-液体热力学由不倒数到倒数的改变点。非倒数六角互为-液体热力学的起因目前还没理论说明，该工作指出，密度是影响二维硬芯胶体体系六角互为-液体热力学本质的最重要因素，非连续相变的经常出现并不依赖系统，而有可能依赖距离刚性粒子无限大的远近。

　　该研究工作非常丰富了人们对二维液体熔融的了解，为更进一步探究二维液体熔融机理获取了新的素材。审稿人指出该工作“令人吃惊，是该领域的最重要进展”。

　　上述研究获得了国家自然科学基金委、科技部和教育部的反对。

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