二维熔化的研究进展

席航波+张海波

摘 要 晶体的熔化一直是凝聚态物理中广泛关注的研究方向，尽管有上百年的研究历史，但是仍然没有一个完整的基础层面上的理论。大量实验和计算模拟研究工作表明，熔化符合KTHNY理论。晶体在熔化过程中的结构和动力学也已成为大家关注的热点。

关键词 二维熔化；KTHNY；胶体；计算机模拟

中图分类号：TF841 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0067-02

Research Progress on Two-Dimensional Melting

Xi Hangbo Zhang Haibo

（Center for Soft Condensed Matter Physics and Interdisciplinary Research， Soochow University， Suzhou 215006， China）

Abstract： Crystal melting has been widely studied in condensed matter physics for more than 100 years， but a complete theory about their fundamental mechanisms still remains to be answered. Over the years， a number of experiments and computer simulations have been consistent with KTHNY theory. Crystal structureand dynamicsin the meltingprocesshasbecome afocus of attention.

Key words： Two-dimensional melting KTHNY Colloid Computer simulation

熔化是自然界中一种常见的现象，通常看作固—液的一级相变，这个相变过程，在凝聚态物理、材料物理以及纳米技术中具有十分重要的研究意义。尽管有上百年的研究历史，但是仍然缺少一个完整的基础层面上的理论。在早期的熔化理论中，空间维度决定熔化行为，长波涨落对低维度晶体熔化的影响非常大，任何一个很小的热扰动就会破坏一维和二维晶格的长程平移有序性，从而破坏一维和二维晶体。然而随后的研究发现，虽然在二维晶体中，不存在长程的平移有序性，却可以存在长程的取向有序性。二维晶体由于处在临界维度，其熔化机制相比于三维时的情况又有所不同。目前比较普遍被人们接受的一个理论是KTHNY理论，它是最早由Kosterlitz和Thouless提出，经过Halperin，Nelson和Young三人的完善最终形成的一个理论[1]。KTHNY理论指出二维熔化不是通常认为的固—液一级相变，而是由固相—中间相—液相这样的一个连续的二级相变。这里的中间相也叫六角相（hexatic相），具有短程的平移有序性和准长程的取向有序性。缺陷分离在KTHNY熔化理论中起到非常重要的作用，通常认为位错（dislocation）的分离破坏平移序，固相熔化进入六角相，而向错（disclination）的分离破坏取向序，六角相熔化进入液相。……