天天熱頭條丨研究揭示簡單玻璃模型中的動(dòng)力學(xué)Gardner轉(zhuǎn)變

近年來，自旋玻璃研究中發(fā)展的復(fù)本對稱破缺范式在描述阻塞轉(zhuǎn)變問題上取得了突破性進(jìn)展。某些結(jié)構(gòu)玻璃中被證明存在從簡單到具有分形結(jié)構(gòu)的自由能景觀的復(fù)本對稱破缺相變。該轉(zhuǎn)變稱為Gardner相變，阻塞態(tài)被歸結(jié)為全階復(fù)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(xué)獎(jiǎng)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(xué)精確解，從而定量解釋了阻塞轉(zhuǎn)變的臨界性。

然而，現(xiàn)實(shí)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(gè)系統(tǒng)中取得的非平衡復(fù)本破缺問題上的突破有助于推動(dòng)其他相關(guān)復(fù)雜系統(tǒng)的研究，動(dòng)力學(xué)復(fù)本對稱破缺研究因而備受關(guān)注。本研究通過模擬簡單的硬碟玻璃模型研究這一問題。該研究分析了反常動(dòng)力學(xué)并定義了動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變。該工作根據(jù)自由能景觀的復(fù)雜性，首次給出了完整的玻璃相圖。該成果縮小了非平衡條件下的實(shí)驗(yàn)和熱力學(xué)理論研究之間的距離，為構(gòu)建普適的動(dòng)力學(xué)玻璃理論鋪設(shè)了道路。

近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》【PNASe2218218120（2023）】上。該工作由中國科學(xué)院理論物理所研究員周海軍及其課題組博士后廖沁怡、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授徐寧、法國蒙彼利埃大學(xué)研究員Ludovic Berthier合作完成。理論物理所為第一完成單位。研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目、中國科學(xué)院和Simons基金的支持。部分計(jì)算在中國科大超算中心平臺完成。

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