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OPTICS FRONTIERS
18
2026
-
06
玻璃-玻色峰起源 | Nature Materials
作者：
玻色峰boson peak是非晶材料普遍存在的振动反常现象，但数十年来，玻色峰的微观起源，始终未有定论。
近日，东京大学Qing Xi, Yinqiao Wang，Hajime Tanaka团队在Nature Materials上发文，通过二维、三维普通玻璃、超均匀玻璃、无内应力玻璃体系模拟计算证实：玻色峰源于声子与本征链滑移振动模式之间因频率匹配产生的强共振耦合。（具体地，对动态结构因子中的纵 / 横声子分量、非声子分量做分解，定量区分声子、非声子模式及其耦合贡献，从而检验三类主流假说的理论预言，锁定玻色峰的真实产生机制）
研究区分两类作用完全不同的元激发：四极准局域模式（主导低频非仿射力学响应）、链滑移振动模式（在太赫兹频段与声子发生共振，形成玻色峰对应的额外振动态密度）。即便体系不存在准局域模式或弹性非均匀性，玻色峰依然存在；而声子反常现象可直接由该共振机制解释。
该项成果，实验确立声子与链滑移振动模式的强共振耦合是玻色峰的核心微观机制而非准局域模式或弹性非均匀性，进一步从粒子尺度说明链滑移振动的力学本源，区分非晶中两类完全独立的元激发：低频区（ω?ωBP）准局域模式、玻色峰特征频段（ω≈ωBP）链滑移模式。
基于振动模式的统一理论框架，用于解释、调控非晶固体的振动与力学性能。为无序固体振动反常，提供微观物理基础，解决了长久以来玻色峰起源的核心争议。
String-sliding vibrational modes govern the boson peak and phonon anomalies in amorphous materials. 非晶材料中，弦滑动振动模式主导着玻色峰和声子异常。
图1 | 非晶固体的反常振动特性。
图2 | 声子模式与非声子模式的简并约化振动态密度及色散关系。
图3 | 不同玻璃的简并约化振动态密度、声速和衰减率。
图4 | 在变化残余应力分数（以1−δ表征）时，横波相速度v?和衰减率Γ随频率ω的变化关系。
图5 | 二维普通玻璃中，四叶状准局域模和弦滑动振动模式。
来源：今日新材料
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