研究前沿：Nature Physics-玻色峰 | 二维材料
玻色峰boson peak是声子振动态密度相对于德拜模型的过剩部分。目前已经发现在从无机玻璃到聚合物的广泛的无定形材料。二维随机矩阵模型和分子动力学模拟预测，玻色峰也应该存在于非晶态二维材料中，这一概念具有重要的实际意义，因其会导致热容过剩，并影响输运性质。然而，到目前为止，通常用于测量玻色峰的实验方法，存在有限的表面灵敏度，在实际材料中，进行实验观测是不可能的。
图1:在钌(Ru(0001)晶面上，二维2D二氧化硅转换为能量转移ΔE，氦原子散射helium-atom scattering，HAS，飞行时间time-of-flight，TOF谱实例。
图2:谱函数归一化到能量转移ΔE函数的ω线性增加。
图3:频谱函数的平均负能量转移ΔE部分。
图4:声子色散曲线显示了能量转移ΔE与平行动量转移ΔK的函数关系。
（小注：由于在长波极限下的连续弹性介质假设不依赖具体原子结构，因而无论是晶态固体还是非晶固体，其极低温热力学性质，如比热，都应该可以用德拜模型来描述。然而，物理学家R. C. Zeller和R. O. Pohl（1971年）在测量玻璃态材料的低温比热和热导率时，发现在10-30K的温度区间内，温度约化比热会呈现出来一个驼峰形状；热导率在相同温度区间内并不随着温度增加而上升。在随后的研究中，人们发现对于几乎所有的非晶固体，都会表现出不能用经典德拜模型描述的低温热学性质——如图1，把非晶物质的比热除以T3，会在10 K 附近出现一个峰，被称为“玻色峰(boson peak)”；从原子振动的视角，其原子振动约化态密度谱（g(ω)/ω2）的低频段（~THz）也会出现偏离德拜模型预测的态密度过剩峰——“玻色峰（boson peak）” ，该峰对应的频率即为玻色频率（ω BP），其强度（I BP）反应了相应低频振动模式的过剩程度。因而，波色峰被认为是非晶固体的本征性质，针对玻色峰的本质、结构起源及其与非晶独特物性之间关联的研究是深刻认识玻璃态物质的基础。
中国科学院物理所汪卫华老师团队自2005年来开展了大量与非晶合金中玻色峰相关的研究工作，推进了对非晶态物质振动性质乃至非晶态本质的认识和理解。郭旗 物理所）