Heterogeneous Dynamics in Two-Dimensional Colloidal Systems and Multicomponent Bulk Metallic Glass-Forming Liquids
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 성봉준
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2013. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000049453
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
Heterogeneous dynamics is a key concept to understand dynamics of dense amorphous aterials like glasses, colloids, foams, granular media, and even biological phenomena.It usually appears in dense and crowded environment. It is a challenging and open problem to haracterize heterogeneous dynamics. When a density of liquids increases, there appear large fluctuations in both space and time. Because of these non-trivial patiotemporal fluctuations, dynamics is different from Brownian motion (Fickian diffusion). In this thesis, we characterize the heterogeneous dynamics in two-dimensional colloidal systems and multicomponent bulk metallic glass-forming liquids. Melting of two-dimensional colloids is a fascinating problem which has been intensively worked. Because of its unique dimensionality, it has spatial long-range fluctuations. It results in an absence of a long-rage positional order which ordinarily characterizes crystals in three dimension. A celebrated Kosterlitz, Thouless, Halperin, Nelson, and Young theory predicted a two-step melting scenario with a hexatic phase. For hexatic and solid phases, we capture strongly correlated intermediate length scales with spatially heterogeneous dynamics. And, a connection between void space and the cage effect is quantitatively elucidated. Another long-standing problem is a glass transition. With a dramatic increase of viscosity, it shows a drastic slowing down of dynamics as approaching a glass transition temperature. Collective motions of molecules start to be responsible for molecular diffusions. Due to a discovery of bulk metallic glass with its good glass-forming ability, it is experimentally accessible to investigate the diffusion of a single atom of metallic glass-forming liquids, and technological applications are enabled. In multicomponent bulk metallic glassforming liquids, we demonstrate a formation of slow subsystems and local atomic orders with the excellent glass-forming bility when component decoupling of diffusivities exists. Another common decoupling phenomenon, a violation of Stokes-Einstein relation is also studied.
more초록/요약
불균일 동역학은 유리, 거품, 미립자와 같은 밀도가 높은 비결정 물질의 동역학뿐만 아니라 심지어, 생명현상의 이해를 도모하는 것에 중요한 역할을 한다. 이런 불균일 동역학은 밀도가 높고, 복잡한 환경에서 종종 나타난다. 액체의 밀도가 높아지면, 시공간 모두에 큰 요동이 형성된다. 이러한 무시할 수 없는 시공간적 요동에 의해서 동역학은 기존의 브라운 운동과는 다른 양상을 보인다. 이 학위논문에서는 2차원 콜로이드 계와 다원소 벌크 비정질 합금에서의 불균일 동역학에 대해서 다룬다. 2차원 콜로이드의 용융은 활발히 연구되어온 문제이다. 2차원이라는 특수한 차원 때문에, 공간상의 장거리 요동이 존재한다. 그것은 보통 3차원 고체를 특징짓는 장거리 위치 질서의 부재로 이어진다. 코스터리츠-사우리스-하퍼린-넬슨-영 이론은 헥사틱 상의 존재와 함께 두 단계 용융 시나리오를 제안했다. 우리는 헥사틱 상과 고체상에서 공간적으로 불균일한 동역학과 함께, 아주 강한 거리적 상관 영역을 분석하였다. 또한, 빈 공간과 바구니 효과의 상관관계에 대해서도 정량적으로 설명하였다. 또 다른 흥미로운 문제는 유리상전이이다. 유리상전이온도에 다가갈수록, 급격한 점성도의 상승과 함께, 동역학이 급격히 느려진다. 그것과 더불어, 분자들의 움직임은 집단적인 성격을 보인다. 벌크 비정질 합금의 발견으로 산업적인 응용성을 가능하게 하였고, 또한, 비정질 합금에서의 입자의 움직임에 대한 연구를 가능하게 하였다. 우리는 다원소 벌크 비정질 합금에서 원소간 동역학 분리에 따른 느린 영역의 형성과 원소들의 단거리 배열의 형성에 대해 밝히고, 나아가서 좋은 유리상 형성능력을 가지는 다원소 벌크 비정질 합금의 형성과정에 관해 추론하였다.
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