近日，ld体育网页端 统计物理团队（李斌、潘登、瞿婷、金瑜亮）在玻璃态材料的老化动力学研究方面取得重要突破。他们提出的“广义阱模型”（Generalized Trap Model, GTM）成功统一描述了自旋玻璃与结构玻璃中的老化行为，并揭示了“弱遍历性破缺”发生的普遍规律。相关成果以“Universal activated aging and weak ergodicity breaking in spin and structural glasses”为题，于2026年2月28日发表于《Science Advances》上。

玻璃态物质（如自旋玻璃、胶体玻璃、二氧化硅玻璃等）具有独特的热力学和动力学性质。从热力学角度看，玻璃体系具有大量的亚稳态，这些亚稳态之间由不同尺度的能垒分隔，对应了极为复杂的能量景观。从动力学角度看，玻璃体系处于非平衡态，其物理性质随时间持续演化。特别是，玻璃体系的弛豫过程随着时间的推移逐渐变慢，这一现象被称为“老化”。理解老化机制是非平衡态统计物理的重大挑战之一。此前，Bouchaud提出的“阱模型”虽能定性描述老化，但其核心预测——特别是弱遍历性破缺发生的温度——与经典自旋玻璃模型（如随机能量模型REM）的计算机模拟结果存在显著矛盾。

为解开这一谜题，研究团队深入分析了造成分歧的根源。他们发现，原有的阱模型忽略了能量势垒分布中由有限尺寸效应带来的高斯修正项。基于此，研究团队构建了广义阱模型（GTM）。该模型的关键预测在于：

（1）两步遍历性破缺：在降温过程中，系统首先会在一个较高的温度发生弱遍历性破缺，即非平衡老化动力学中的遍历性破缺；只有当温度进一步降低时，才会发生平衡动力学中的强遍历性破缺（对应玻璃化转变）。

（2）活化区域尺寸的推断：模型指出，老化过程中时间关联函数的对数衰减行为，与发生活化事件的局域区域的特征尺寸直接相关。这意味着，通过分析老化动力学数据，可以反推出一个静态的特征长度。

为验证这些理论预测，研究团队在四种典型玻璃模型上进行了模拟测试：

（1）自旋玻璃模型：包括高斯型随机能量模型（G-REM）和指数型随机能量模型（E-REM）。通过精确的“势垒树”算法和蒙特卡洛模拟，团队首次验证了G-REM中能量势垒分布确实包含高斯修正项，而这正是导致其与原始阱模型预测不符的原因。GTM模型则完美地拟合了两种REM模型的模拟数据，证明了弱遍历性破缺温度确实高于强遍历性破缺。 

（2）结构玻璃模型：包括Weeks-Chandler-Andersen（WCA）模型和非晶二氧化硅模型。在这两种更接近真实材料的模型中，GTM同样成功描述了老化行为。

尤为重要的是，通过将GTM理论框架应用于WCA模型，研究团队成功地从其非平衡老化动力学中提取出了一个静态长度 。这个由动力学反推出的长度，与通过其他复杂平衡方法（如point-to-set长度）和Hessian矩阵方法测得的静态长度完美地落在同一条增长曲线上（图1左）。此前，受限于平衡模拟的困难，这些静态长度的可观测增长范围仅有两三倍。而新方法将这一范围扩展到了整整一个数量级。该曲线符合随机一级相变（RFOT）理论的预测，为RFOT图像提供了有力的新证据。

最终，所有研究结果被总结为一个统一的老化相图（图1右）。该相图基于两个关键温度（弱遍历性破缺温度和强遍历性破缺温度），清晰地划分了自旋玻璃和结构玻璃中的遍历态与弱遍历性破缺态，展示了玻璃态老化行为的普适性。

该工作不仅解决了Bouchaud阱模型与模拟实验之间长期存在的矛盾，更建立了一个普适的理论框架，为理解玻璃态物质的老化动力学提供了全新的视角。从动力学中提取静态长度的方法，也为在更广泛、更难达到平衡的玻璃体系中研究静态关联开辟了新途径。这一成果对理解玻璃转变本质、开发新型非晶材料具有重要的理论意义和潜在应用价值。

该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院和温州研究院相关项目的资助。

图1.（左）非平衡老化动力学提取的静态长度与其他方法测量的静态长度、RFOT理论（实线）比较。（右）自旋玻璃和结构玻璃的统一老化相图。