DETERMINATION OF THE MEAN-SQUARE AMPLITUDE OF NANOMETER FLUCTUATIONS OF THE SHEAR MODULUS IN SALOL BY INELASTIC LIGHT SCATTERING
Authors: АДИЩЕВ С.В. , ЗАЙЦЕВА И.В. , ЗЫКОВА В.А. , МАЛИНОВСКИЙ В.К. , НОВИКОВ В.Н. 
Published: September 2024

Наличие среднего порядка в стеклообразных материалах, т. е. структурных корреляций на масштабах нанометра, приводит к флуктуациям упругих констант с таким же характерным радиусом корреляции. Вопрос о том, какова характерная амплитуда этих флуктуаций, представляет большой интерес как с прикладной точки зрения, так и с точки зрения фундаментального понимания структуры и динамики стеклообразных материалов. В данной работе находится величина среднеквадратичных флуктуаций сдвигового модуля на нанометровом масштабе в молекулярном стекле салоле (фенилсалицилате) и её зависимость от температуры при расплавлении стекла в переохлаждённую жидкость. Для этого используется теория упругости в среде с пространственными флуктуациями упругих констант при расчёте длины пробега фононов по теории возмущений. Кроме того, в переохлаждённом состоянии материала учитывается вклад релаксации структуры в затухание фононов. С использованием критерия Иоффе - Регеля для локализации поперечных фононов находится связь между величиной флуктуаций сдвигового модуля и частотой вызванного ими так называемого бозонного пика в спектре колебательных возбуждений стёкол. Эта частота определяется из экспериментальных данных по спектрам низкочастотного неупругого рассеяния света в салоле. Сравнение с теорией позволяет найти температурную зависимость величины среднеквадратичных флуктуаций сдвигового модуля на нанометровом масштабе. Кроме того, сравнивается эта зависимость с температурным поведением параметра Ландау - Плачека в салоле. Определяется также температурная зависимость радиуса структурных корреляций в салоле и глицерине и сравнивается с температурной зависимостью размера динамической неоднородности.

The presence of an medium-range order in glassy materials, i.e., structural correlations on the nanometer scale, leads to fluctuations of elastic constants with the same characteristic correlation radius. The question of what is the characteristic amplitude of these fluctuations is of great interest both from the applied point of view and from the point of view of fundamental understanding of the structure and dynamics of glassy materials. In this study, we find the value of mean-square fluctuations of the shear modulus at the nanometer scale in salol (phenyl salicylate) molecular glass and its dependence on temperature during glass melting into a supercooled liquid. For this purpose, we use the theory of elasticity in a medium with spatial fluctuations of elastic constants in calculating the phonon free path using the perturbation theory. In addition, in the supercooled state of the material, we take into account the contribution of structure relaxation to phonon damping. Using the Ioffe-Regel criterion for the localization of transverse phonons, we find a relationship between the magnitude of shear modulus fluctuations and the frequency of the so-called boson peak caused by them in the spectrum of vibrational excitations of glasses. We determine this frequency from experimental data on the spectra of low-frequency inelastic light scattering in salol. A comparison with the theory makes it possible to find the temperature dependence of the rms fluctuations of the shear modulus at the nanometer scale. In addition, we compare this dependence with the temperature behavior of the Landau-Placzek parameter in salol. We also determine the temperature dependence of the radius of structural correlations in salol and glycerol and compare it with the temperature dependence of the size of the dynamic inhomogeneity.