[论文解读] Statics and Dynamics of Disordered Elastic Systems

Thierry Giamarchi, Pierre Le Doussal|ArXiv.org|May 11, 1997

Theoretical and Computational Physics被引用 12

一句话总结

本文为无序弹性体系构建了一个理论框架，重点关注诸如超导体中涡旋晶格等周期性结构。该研究提出了布里渊玻璃相——其特征为具有长程准序的布里渊衍射峰，且对自由拓扑缺陷具有稳定性，从而与无序膜结构相区别。研究发现，横向周期性在受驱情况下仍能保持玻璃态序，从而形成运动玻璃相，对涡旋动力学及高温超导体中的实验观测具有重要意义。

ABSTRACT

We examine here various aspects of the statics and dynamics of disordered elastic systems such as manifolds and periodic systems. Although these objects look very similar and indeed share some underlying physics, periodic systems constitute a class of their own with markedly different properties. We focus on such systems, review the methods allowing to treat them, emphasize the shift of viewpoint compared to the physics of manifolds and discuss their physics in detail. As for the statics, periodicity helps the system to retain a quasi-translational order and to be stable with respect to the proliferation of free topological defects such as dislocations. A disordered periodic system thus leads to a glass phase with Bragg peaks: the Bragg glass. On the other hand, for driven lattices, transverse periodicity allows the system to retain its glassy nature, leading to a moving glass phase. The existence of these two phases has important theoretical and experimental consequences, in particular for vortex physics in superconductors, the physical system which is mainly focused here.

研究动机与目标

• 理解无序弹性体系的静态与动态行为，特别是涡旋晶格等周期性体系的行为。
• 阐明周期性如何稳定准长程序并抑制如位错等拓扑缺陷的增殖。
• 厘清无序弹性体系中周期性体系与非周期性膜结构之间的区别。
• 分析无序与外加驱动力在稳定具有布里渊峰的玻璃相中的作用。
• 为解释高温超导体及其他无序周期性体系中的实验结果提供理论基础。

提出的方法

• 采用场论与功能重整化群技术，分析无序弹性体系的统计力学。
• 应用副本技巧与无序平均方法，处理周期性体系中的 quenched disorder。
• 引入向量聚合物模型映射，研究无序下的静态与动态行为。
• 采用粗粒化的有效哈密顿量，描述周期性体系中的弹性能与无序势。
• 利用标度理论与重整化群流分析布里渊玻璃相的稳定性。
• 通过在动力学中引入驱动力，研究受驱体系，从而导出运动玻璃相。

实验结果

研究问题

• RQ1 弹性体系中的周期性如何影响无序存在下准长程序的稳定性？
• RQ2 无序弹性体系中，周期性体系与非周期性膜结构的静态与动态特性之间存在哪些关键差异？
• RQ3 位错的增殖如何影响无序弹性体系中的玻璃态序？周期性如何抑制其增殖？
• RQ4 受驱周期性弹性体系中的玻璃相具有何种性质？其与静态布里渊玻璃相有何不同？
• RQ5 在高温超导材料中，可通过哪些实验特征（如布里渊峰）识别布里渊玻璃相？

主要发现

• 布里渊玻璃相在无序周期性弹性体系中出现，源于准长程平动序的稳定，其特征为结构因子中出现尖锐的布里渊衍射峰。
• 周期性抑制了自由位错的增殖，使得即使在无序存在下，也能维持稳定的玻璃相。
• 在受驱体系中，横向周期性保持了玻璃态序，从而形成具有有限电阻率和钉扎结构因子的运动玻璃相。
• 静态布里渊玻璃相对弱无序具有稳定性，关联长度随体系尺寸对数发散。
• 运动玻璃相在受驱下表现出非零电阻率，但其结构因子中仍保留有限峰值，表明存在残余序。
• 该理论框架成功解释了高温超导体中的实验观测结果，特别是无序与有限电流下涡旋晶格中布里渊峰的持续存在。