BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUYỆN THỊ SAN

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦA
CÁC VẬT LIỆU SiO2 VÀ MgSiO3 LỎNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUYỆN THỊ SAN

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦA
CÁC VẬT LIỆU SiO2 VÀ MgSiO3 LỎNG
Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT
Mã số: 62520401

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. NGUYỄN VĂN HỒNG
2. GS. TS. VŨ VĂN HÙNG

HÀ NỘI - 2017


MỤC LỤC
Danh mục các từ viết tắt và ký hiệu ............................................................................ 1
Danh mục các bảng biểu.............................................................................................. 2
Danh mục các hình vẽ và đồ thị .................................................................................. 3
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HAI VẬT LIỆU SiO2 VÀ MgSiO3
1.1. Tổng quan vật liệu SiO2 ..................................................................................... 11
1.1.1. Cấu trúc .................................................................................................. 11
1.1.2. Hiện tượng đa thù hình ........................................................................... 14
1.1.3. Các hiện tượng động học ........................................................................ 17
1.2. Tổng quan vật liệu MgSiO3 ................................................................................ 22
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
2.1. Phương pháp mô phỏng động lực học phân tử ................................................... 28
2.2. Xây dựng mô hình động lực học phân tử ........................................................... 31
2.2.1. Thế tương tác........................................................................................... 31
2.2.2. Mô hình động lực học phân tử ................................................................ 33
2.3. Phân tích cấu trúc ............................................................................................... 35
2.3.1. Hàm phân bố xuyên tâm ......................................................................... 35
2.3.2. Số phối trí và đơn vị phối trí ................................................................... 37
2.3.3. Phân bố góc ............................................................................................. 38
2.3.4. Kỹ thuật trực quan hóa ............................................................................ 39
2.4. Phân tích động học ............................................................................................. 39
CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦA SiO2 LỎNG
3.1. Hiện tượng đa thù hình ....................................................................................... 43
3.2. Hiện tượng động học .......................................................................................... 51
3.2.1. Cơ chế khuếch tán................................................................................... 51
3.2.2. Động học không đồng nhất ..................................................................... 63


CHƯƠNG 4. CẤU TRÚC CỦA MgSiO3 LỎNG

Nguyên tử ôxy không cầu

BKS

Van Beets – Kramer – Van Santen

OG

Oganov

NPT

Số hạt, áp suất và nhiệt độ không đổi

NVE

Số hạt, thể tích và năng lượng không đổi

Si

Nguyên tử silíc

O

Nguyên tử ôxy

NRM

Cộng hưởng từ hạt nhân



kề thông qua các cạnh dùng chung (Ne) và các mặt dùng
chung (Nf) trong SiO2 lỏng
Bảng 3.3

Tốc độ chuyển đổi giữa các ĐVPT ở nhiệt độ khác nhau.

64

Bảng 4.1

Đặc trưng cấu trúc của MgSiO3 lỏng ở áp suất khác nhau:

73

rlkj là vị trí của đỉnh thứ nhất hàm PBXT thành phần.
Bảng 4.2

Sự phân bố của các BO trong ĐVPT SiO4 ở các áp suất

84

khác nhau.
Bảng 4.3

Sự phân bố của các BO trong ĐVPT SiO5 ở các áp suất

84

khác nhau.

Hình 2.4

Hàm PBXT cặp Si-O trong hệ MgSiO3 lỏng ở T = 3500 K, P =

37

30 GPa.
Hình 2.5

Số lượng chuyển đổi phụ thuộc vào thời gian.

41

Hình 2.6

Minh họa đám hình thành giữa nguyên tử Si và O. Khối cầu màu

42

đen là Si, màu vàng là O.
Hình 3.1

Năm ĐVPT cấu thành mạng SiO2 lỏng: SiO4 (a); SiO5 (b); SiO6

45

(c); OSi2 (d); OSi3 (d). Khối cầu nhỏ là O và khối cầu lớn là Si.
Hình 3.2

Sự phân bố tỉ phần ĐVPT SiOx và OSiy ở áp suất khác nhau.

Sự phụ thuộc của mật độ vào áp suất trong SiO2 lỏng.

50

Hình 3.7

Độ dịch chuyển bình phương trung bình của các nguyên tử trung

52

tâm với giá trị k khác nhau.
Hình 3.8

Sự phụ thuộc của χ vào thời gian mô phỏng.

3

53


Hình 3.9

Độ dịch chuyển bình phương trung bình/1 nguyên tử cho nhóm

54

nguyên tử thứ nhất và thứ hai.
Hình 3.10

Số lượng đám tạo bởi các nguyên tử thuộc nhóm nguyên tử A1,

60

chuyển bình phương trung bình của các nguyên tử nhóm A1, A4
và A5 ở P = 0 GPa.
Hình 3.15

Số chuyển đổi trung bình và số phối trí trung bình ZD tại các thời

61

điểm mô phỏng khác nhau; P = 0 GPa, T = 3000 K.
Hình 3.16

Minh họa chuyển động của các nguyên tử. Khối cầu màu đen

63

ứng với các đám cứng. Khối cầu đỏ và xanh ứng với các nguyên
tử linh động. Khối cầu màu đỏ ứng với các nguyên tử thuộc các
siêu phân tử.
Hình 3.17

a) Chuyển đổi có ích; b) Chuyển đổi không có.

64

Hình 3.18

Sự phụ thuộc áp suất của hệ số khuếch tán (a) và tốc độ chuyển


Sự phụ thuộc của η vào số lượng chuyển đổi trung bình ở nhiệt

69

độ 2600 K và 3000 K.
Hình 4.1

Hàm PBXT gSi-O(r), gMg-O(r), gSi-Mg(r), gSi-Si(r), gO-O(r) và gMgMg(r)

Hình 4.2

74

của MgSiO3 ở T = 3000 K và các áp suất khác nhau.

Cấu trúc mạng của MgSiO3 lỏng ở áp suất 0 GPa (Khối cầu màu

75

đỏ là nguyên tử Mg, khối cầu màu đen là nguyên tử Si và khối
cầu màu vàng là O).
Hình 4.3

Sự phân bố của các ĐVPT SiOx (x = 4, 5, 6) trong MgSiO3 lỏng

76

khi áp suất thay đổi.
Hình 4.4


80

MgSiO3 lỏng khi áp suất thay đổi.
Hình 4.9

Mạng Si-O trong MgSiO3 bị vỡ thành các mạng con,

81

(Khối cầu màu đen là Si, khối cầu màu vàng là O).
Hình 4.10

Cầu nối được hình thành do nguyên tử Mg gắn vào mạng Si-O

82

thông qua các BO và NBO.
Hình 4.11

Sự phân bố của BO, NBO và ôxy tự do trong MgSiO3 lỏng khi

83

áp suất thay đổi.
Hình 4.12

Sự phân bố của O-Six, O-Mgy và Sin-O-Mgm (x, y, n, m = 1 ÷ 6)

83


1. Lý do chọn đề tài
Hai vật liệu SiO2 và MgSiO3 đều là những vật liệu phổ biến trong vỏ trái đất,
có nhiều ứng dụng công nghệ cao, đồng thời đóng vai trò quan trọng với ngành
khoa học trái đất. Chính vì vậy những nghiên cứu về cấu trúc và động học của
những vật liệu này không chỉ giúp nâng cao hiểu biết về các quá trình xảy ra trong
lòng trái đất mà còn giúp chế tạo những vật liệu có tính chất ưu việt.
Ở trạng thái lỏng, những vấn đề nghiên cứu liên quan tới cấu trúc, động học,
mối liên hệ giữa cấu trúc và động học của hai vật liệu SiO2 và MgSiO3 luôn là chủ
đề thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Cho đến nay, có rất nhiều các mô
hình lý thuyết, các công trình nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng đã được tiến
hành nhằm giải thích các hiện tượng thú vị như đa thù hình, tách pha vi mô, động
học không đồng nhất, thuyên giảm động học, khuếch tán dị thường, v.v.. Một số mô
hình lý thuyết được đưa ra như: Mô hình 2 trạng thái (two-state model) nhằm giải
thích quá trình chuyển từ pha mật độ thấp tới pha mật độ cao khi áp suất thay đổi, lý
thuyết Adam-Gibbs với ý tưởng trung tâm là sự tồn tại các vùng tự sắp xếp đã giải
thích thành công hiện tượng thuyên giảm động học cho một vài chất lỏng, v.v.. Một
số nghiên cứu khác cho rằng các hiện tượng động học có thể được nhận biết chỉ
thông qua các biến động học như theo dõi chuyển động của các hạt linh động, các
tham số không có dạng phân bố Gauss, phương trình tương quan đa điểm, v.v..
Trong một vài nghiên cứu gần đây, mối liên hệ giữa cấu trúc và động học đã được
chỉ ra.
Mặc dù hiện nay có nhiều nhóm nghiên cứu trong nước và trên thế giới tiến
hành nghiên cứu hai vật liệu SiO2 và MgSiO3, các kết quả thu được vẫn chưa thống
nhất và nhiều vấn đề chưa được làm rõ như: i) Các hiện tượng liên quan tới sự thay
đổi cấu trúc do ảnh hưởng của áp suất; ii) Liệu có thực sự tồn tại mô hình hai trạng
thái trong những chất lỏng này, cấu trúc của pha mật độ thấp và pha mật độ cao như
thế nào; iii) Nguyên nhân dẫn tới hiện tượng động học không đồng nhất hoặc cơ chế
khuếch tán trong các chất lỏng có cấu trúc mạng (Network - forming liquid). Từ

7

thuật phân tích cấu trúc được sử dụng trong luận án như hàm phân bố xuyên tâm
(PBXT), khảo sát phân bố góc, khảo sát phân bố khoảng cách, v.v.. Kỹ thuật phân
tích động học chủ yếu là khảo sát sự chuyển đổi giữa các ĐVPT, khảo sát quá trình
tạo đám của những nguyên tử có tính chất đặc biệt, v.v.. Kỹ thuật trực quan hóa các
dữ liệu mô phỏng cũng được sử dụng nhằm đưa ra những hình ảnh trực quan về sự
sắp xếp của các nguyên tử, ĐVPT, v.v. trong không gian.

8


4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Những kết quả mà luận án thu được đã góp phần làm rõ bức tranh về cấu trúc
và động học của các chất lỏng mà cấu trúc của chúng bao gồm những ĐVPT liên
kết với nhau trong không gian, hay còn được gọi là những chất lỏng có cấu trúc
mạng. Nhóm vật liệu được nghiên cứu trong luận án gồm SiO2 và MgSiO3 đều là
những vật liệu chủ yếu trong vỏ trái đất. Chính vì vậy, những nghiên cứu về hai vật
liệu này trong dải nhiệt độ và áp suất cao sẽ có ý nghĩa thiết thực với ngành khoa
học trái đất, cho phép các nhà khoa học dự đoán các quá trình địa chất.
5. Những đóng góp mới của luận án
-

Chỉ ra cấu trúc mạng của SiO2 lỏng được hình thành từ 5 ĐVPT và chia

thành hai pha: mật độ thấp và mật độ cao. Pha mật độ thấp gồm các ĐVPT SiO4 liên
kết với nhau thông qua OSi2. Pha mật độ cao gồm các ĐVPT SiO5, SiO6 liên kết với
nhau thông qua OSi3. Cấu trúc không đồng nhất là nguyên nhân dẫn tới hiện tượng
các chuyển đổi phân bố không đồng nhất trong không gian cũng như hiện tượng
động học không đồng nhất.
-


của MgSiO3 lỏng khi áp suất thay đổi).
Luận án đã tham khảo 79 tài liệu.
Các kết quả nghiên cứu của luận án đã được công bố trong 06 công trình trên các
tạp chí quốc tế, tạp chí trong nước và kỷ yếu hội nghị. Trong đó có 04 công trình
được đăng tại tạp chí quốc tế (ISI) gồm: 01 bài tại Modern Physics B 30, pp.
1650059 (2016); 01 bài tại Eur. Phys. J. B, pp. 73 (2016); 01 bài tại High pressure
research 36, pp. 187-197 (2016) và 01 bài tại Physica B 501, pp. 18-25 (2016).
Trong nước có 02 bài đăng tại tạp chí và kỷ yếu hội nghị bao gồm: 01 bài tại
Journal of Science of HNUE 60 (7), pp. 62-67 (2015); 01 bài tại Journal of Physics:
Conference Series 726, pp. 012020 (2016).

10


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HAI VẬT LIỆU SiO2 VÀ MgSiO3
Hai vật liệu SiO2 và MgSiO3 luôn nhận được sự quan tâm của nhiều nhà
khoa học vì những tiềm năng ứng dụng cũng như ý nghĩa đối với ngành khoa học
trái đất. Nhiều công trình thực nghiệm, mô phỏng đã tập trung nghiên cứu các vấn
đề liên quan tới cấu trúc và động học của hai vật liệu trên. Trong chương này, chúng
tôi trình bày những hiểu biết cùng những thành tựu nghiên cứu đã đạt được nhằm
làm rõ vấn đề sẽ được nghiên cứu trong luận án.

1.1 Tổng quan vật liệu SiO2
1.1.1. Cấu trúc
Silíc điôxít (SiO2) là một trong những khoáng chất phổ biến trong vỏ trái đất,
là vật liệu quan trọng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như:
công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, gốm sứ, thủy tinh; công nghiệp sản xuất
silicon; công nghiệp điện tử và sợi quang v.v..
SiO2 có nhiều dạng thù hình tồn tại ở các điều kiện nhiệt độ và áp suất khác

cỡ 109.50. Các tứ diện kết nối với nhau thông qua nguyên tử O dùng chung ở đỉnh
tứ diện, góc liên kết Si-O-Si giữa các tứ diện biến thiên trong phạm vi 1200÷1800,
giá trị trung bình dao động từ 1440 tới 1520 [34, 72]. Trong vật liệu SiO2 ở trạng thái
VĐH, tất cả các nguyên tử O đều liên kết với hai nguyên tử Si, hình thành nên
mạng Si-O ngẫu nhiên và liên tục, mạng bị polymer hóa hoàn toàn thông qua các
cầu nối Si-O-Si. Những nguyên tử O liên kết với hai nguyên tử Si được gọi nguyên
tử ôxy cầu (Bridging Oxygen-BO). Khi thêm các nguyên tố khác vào, như các
nguyên tố kim loại kiềm và kiềm thổ, mạng Si-O ban đầu bị vỡ và có sự chuyển đổi
từ ôxy cầu sang ôxy không cầu. Nguyên tử ôxy không cầu (Non Bridging OxygenNBO) là những nguyên tử O chỉ liên kết với một nguyên tử Si, điện tích âm còn dư
của nó được đóng góp vào liên kết với các ion dương được pha tạp.
Dưới tác động của áp suất, SiO2 VĐH biểu hiện nhiều thay đổi cấu trúc thú
vị. Cũng tương tự silicon và nước đá, ở trạng thái VĐH SiO2 tồn tại nhiều dạng thù
hình khác nhau, cụ thể là trạng thái mật độ thấp và mật độ cao. Dưới tác động của
quá trình nén, có sự dịch chuyển từ trạng thái mật độ thấp tới trạng thái mật độ cao
trong những vật liệu có cấu trúc tứ diện này [15, 43]. Công trình [78] sử dụng mô
phỏng ĐLHPT cho rằng tới áp suất 8÷10 GPa, mạng SiO2 VĐH chủ yếu bao gồm
12


các nguyên tử Si có số phối trí 4, tương ứng với mạng tứ diện lý tưởng. Như vậy,
cấu trúc mạng không hề thay đổi khi áp suất nén đạt tới ngưỡng áp suất này. Khi áp
suất nén lớn hơn 10 GPa, mạng SiO2 có sự thay đổi đáng kể với sự xuất hiện của
SiO5, đóng vai trò giống như các khuyết tật của mạng tứ diện lý tưởng. Các ĐVPT
SiO6 chỉ xuất hiện với tỉ lệ nhỏ ở áp suất trên 16÷20 GPa. Một vài nghiên cứu thực
nghiệm gần đây cũng chỉ ra sự tồn tại của các nguyên tử Si có số phối trí 5 và 6
trong SiO2 VĐH khi bị nén [12, 54, 73, 74]. Sử dụng tán xạ tia X, Sato và các cộng
sự [73] đã chỉ ra rằng, ở áp suất dưới 10 GPa, SiO2 VĐH biểu hiện giống một vật
liệu đơn thù hình, cấu trúc chủ yếu bao gồm các tứ diện SiO4. Sự thay đổi của trật tự
gần bắt đầu ở 25 GPa với số phối trí của Si tăng từ 4 tới 6 khi áp suất tăng. Ở áp
suất trên 40÷45 GPa, SiO2 VĐH chỉ có các nguyên tử Si với số phối trí 6, và trạng

trúc được được tiến hành cho hệ SiO2 lỏng ở nhiệt độ 3500 K bằng cách sử dụng
mô phỏng ab-initio [70]. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng quá trình nén ở áp suất cao
liên quan tới sự thay đổi trật tự tầm trung của cấu trúc mạng, đặc biệt là sự xuất hiện
của các ô khuyết tật làm tăng cường sự kết nối của mạng Si-O. Các công trình
nghiên cứu gần đây sử dụng mô phỏng ĐLHPT [2, 3] đã chỉ ra rằng cấu trúc SiO2
lỏng được tạo thành từ các ĐVPT cơ bản SiOx (x = 4, 5, 6). Khi áp suất tăng, tỉ lệ
ĐVPT SiO4 giảm, và ĐVPT SiO6 bắt đầu xuất hiện và có xu hướng tăng. ĐVPT
SiO5 được xem là bước trung gian cho sự dịch chuyển từ SiO4 thành SiO6. Tỉ phần
SiO5 đạt giá trị cực đại ở áp suất 10÷15 GPa. Phân bố góc O-Si-O trong từng loại
ĐVPT SiOx không phụ thuộc vào áp suất, trong khi phân bố góc O-Si-O trong toàn
hệ lại có sự thay đổi đáng kể. Ngoài các bằng chứng được cung cấp bởi những
nghiên cứu mô phỏng, công trình [61] đã cung cấp những bằng chứng thực nghiệm
chứng minh sự tồn tại cấu trúc mạng trong SiO2 lỏng. Khoảng cách liên kết Si-O ở
25oC là 1.597±0.005 Å, và tăng tới 1.626±0.005 Å ở 1600oC. Giá trị này giữ
nguyên cho tới nhiệt độ 2100oC, lúc này SiO2 đã nóng chảy và chuyển sang trạng
thái lỏng. Góc liên kết O-Si-O trung bình của SiO2 lỏng đo được bằng thực nghiệm
là 1070±20, so với 1090 của trạng thái VĐH [42]. Số phối trí trung bình của Si với
SiO2 VĐH là 3.90±0.02 và SiO2 lỏng là 3.88±0.02. Những số liệu này chứng tỏ cả
SiO2 lỏng và VĐH đều tồn tại mạng tứ diện với sự chiếm ưu thế của các tứ diện
SiO4

1.1.2 Hiện tượng đa thù hình
Đa thù hình được định nghĩa là sự tồn tại nhiều trạng thái khác nhau trong
cùng một vật liệu, các trạng thái này có cùng thành phần hóa hóa nhưng khác nhau
về cấu trúc địa phương và mật độ [18]. Đa thù hình là một chìa khóa quan trọng để

14


giải thích được hiện tượng dị thường của các vật liệu có cấu trúc tứ diện khi ở pha

thành công cụ quan trọng để nghiên cứu các hiện tượng liên quan tới cấu trúc cũng
như động học của vật liệu. Kết quả thu được từ các công trình mô phỏng đã chỉ rõ,

15


SiO2 lỏng dưới tác động của áp suất trải qua quá trình dịch chuyển từ mạng tứ diện
(SiO4) sang bát diện (SiO6). Cấu trúc của SiO2 lỏng được hình thành bởi các đa diện
SiOx (x = 4, 5, 6). Ở áp suất khí quyển, SiO2 lỏng chủ yếu là các tứ diện SiO4. Ở áp
suất lớn hơn 15 GPa, cấu trúc chủ yếu là SiO5 và SiO6 [2, 3, 41, 70]. Nghiên cứu sự
thay đổi cấu trúc địa phương của SiO2 có thể cung cấp những bằng chứng cho sự
tồn tại của quá trình chuyển pha lỏng-lỏng [35, 36]. Ở áp suất 0 GPa, cấu trúc của
SiO2 lỏng chủ yếu bao gồm các tứ diện SiO4. Tuy nhiên khi áp suất tăng, khảo sát
hàm PBXT riêng phần

của cặp Si-Si, với i tương ứng là số lân cận Si của một

nguyên tử Si xác định cho thấy: hàm PBXT
trong khi hàm PBXT

không có biểu hiện dị thường,

tách thành hai đỉnh ở dải mật độ 5.5÷7.5 cm3/mol. Điều

này chứng tỏ rằng trong dải mật độ được khảo sát, tồn tại hai môi trường địa
phương hoàn toàn khác biệt xung quanh nguyên tử Si. Trong một số công trình [2,
3], đa thù hình của SiO2 lỏng được đề cập tới dựa trên quan điểm về sự tồn tại một
cấu trúc mạng. Cấu trúc mạng của SiO2 gồm các ĐVPT SiOx liên kết với nhau
thông qua nguyên tử O dùng chung, hình thành cấu trúc mạng liên tục trong không
gian. Trực quan hóa dữ liệu số, các công trình trên đã chỉ rõ sự phân bố của các

ĐVPT SiO5, SiO6 liên kết với nhau thông qua OSi3.

1.1.3 Các hiện tượng động học
Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, vấn đề thu hút sự quan tâm của các nhà
khoa học là hiểu được cơ chế của các hiện tượng động học như khuếch tán, thuyên
giảm động học, khuếch tán dị thường ,động học không đồng nhất, v.v.. Các hiện
tượng động học kể trên có thể được hiểu như sau: i) Hiện tượng động học không
đồng nhất là hiện tượng trong vật liệu tồn tại các vùng nguyên tử chuyển động
nhanh hơn hay chậm hơn so với những vùng nguyên tử khác. Các vùng nhanh chậm
này có thể biến đổi trong không gian theo thời gian. ii) Hiện tượng thuyên giảm
động học: Khi một chất lỏng được làm lạnh với tốc độ đủ nhanh, chất lỏng chuyển
sang trạng thái VĐH chứ không phải tinh thể, những chất lỏng này được gọi là chất
lỏng quá nguội ‘supercooled liquid’. Khi quá trình làm lạnh đạt tới một nhiệt độ
xác định

, một số tính chất động học như hệ số khuếch tán, độ nhớt thay đổi đột

ngột. Hiện tượng này gọi là hiện tượng thuyên giảm động học và nhiệt độ
gọi là nhiệt độ chuyển pha VĐH. Xung quanh nhiệt độ chuyển pha

được

, các tính chất

động học thay đổi rất mạnh theo nhiệt độ trong khi cấu trúc hầu như không thay đổi
[65]. iii) Khuếch tán dị thường là hiện tượng hệ số khuếch tán tăng khi áp suất tăng.

17



hình. Tuy nhiên, định nghĩa của vùng tự sắp xếp vẫn chưa rõ ràng, và cần nhiều
nghiên cứu hơn nữa để làm rõ khái niệm này trong lý thuyết Adam-Gibbs. Lý
thuyết thể tích tự do [19] đưa ra ý tưởng cho rằng các hạt chuyển động chỉ khi nó có
không gian để làm điều này, không gian đó gọi là thể tích tự do ‘Free volume’. Điều
này khác với ý tưởng ban đầu của lý thuyết Adam-Gibbs, cho rằng ở nhiệt độ thấp,
các hạt chỉ có thể chuyển động nếu chúng thực hiện điều này một cách tập thể. Tuy
nhiên, trong lý thuyết này, khái niệm thể tích tự do vẫn chưa được định nghĩa rõ

18


ràng và sự phụ thuộc của độ nhớt vào áp suất cũng chưa được đề cập tới. Bên cạnh
đó, sự biến mất của thể tích tự do tại các nhiệt độ khác nhau, đặc biệt ở vùng nhiệt
độ thấp cũng chưa được lý thuyết này chỉ rõ. Mô hình thấm (Percolation model)
[31] được đưa ra nhằm xây dựng mối liên hệ giữa quá trình chuyển pha VĐH và sự
thấm của các vùng linh động trong cấu hình không gian của hệ dẫn tới hình thành
một mạng lưới các vùng linh động trong cấu hình không gian của hệ. Các nghiên
cứu sâu hơn về hình thái học của mạng lưới thấm và động học trong các mạng lưới
này có thể sẽ dẫn tới những tiên đoán mới cho các quá trình thuyên giảm động học
và chuyển động tương quan trong loại vật liệu này.
Một số nghiên cứu cho rằng các hiện tượng động học chỉ thuần túy động học,
có thể được nhận biết chỉ thông qua các biến động học như: i) Theo dõi chuyển
động của các hạt linh động [40, 52]; ii) Các mô hình quỹ đạo và tham số không có
dạng Gauss [76]; iii) Xét thời gian sống của các liên kết [64]; iv) Phương trình
tương quan đa điểm [21, 53]. Khi mô phỏng hệ chất lỏng siêu lạnh, Garrahan và
Chandler (GC) đã đưa ra ý tưởng cho rằng: i) Độ linh động của các hạt là không
đồng đều và động học là không đồng nhất ở khoảng thời gian giữa chuyển động
‘ballistic’ và ‘diffusive’ ii) Sự linh động của các hạt là kết quả của động học dễ
dàng, có nghĩa rằng một hạt linh động có thể kéo theo các hạt xung quanh cũng trở
nên linh động [40]. Trong công trình [52], sử dụng mô phỏng động học phân tử,