上海交通大学物理与天文学院教授童华课题组通过构建多体结构序参量揭示了过冷液体中特殊结构的存在和演化，以及结构与动力学的普适性关联。相关研究成果日前发表于《物理评论快报》。
　　玻璃是一种“非液非固”“既液又固”的物质，时至今日其形成过程仍不为科学家所理解。一个核心问题是，过冷液体如何会在降温过程中迅速变得黏稠，而后形成玻璃。液体通过结晶变成固体的过程伴随着结构从无序到有序的转变，玻璃、过冷液体和普通液体似乎具有类似的无序结构。那么，在玻璃化转变的过程中，物质到底发生了怎样的变化？
　　研究人员构建了过冷液体的多体结构序参量，发现表面类似的两种过冷液体实际上具有不同的结构，同时其动力学行为存在显著差异。因此，过冷液体在结构和动力学两方面均违背了简单液体理论。研究人员还发现，随着温度降低，过冷液体的特殊结构有序度不断提升，同时动力学快速变慢，但是其相互关系满足普适的幂率描述。这一结果重构了过冷液体中基本的结构—动力学关系，为后续的理论发展提供了基础。
　　研究人员同时在微观层面研究了过冷液体结构与动力学异质性的关系。动力学异质性是过冷液体不同于普通液体的核心特征之一，其物理根源长期存在争议。课题组采用信息论的观点，分析发现关于动力学异质性的主要信息可以从初始结构特征得以预测，这一结果证明了动力学异质性的结构起因。研究人员还发现随着温度降低，过冷液体中结构的空间关联会不断延展，这暗示着玻璃化转变过程可能与临界现象存在某种相似性。
　　相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.225501