Structural predictor for nonlinear sheared dynamics in simple glass-forming liquids

非平衡态热力学 非线性系统 剪切流 剪切(地质) 单剪 剪切速率 缩放比例 统计物理学 幂律 熵(时间箭头) 组态熵 物理 机械 热力学 经典力学
作者
Trond S. Ingebrigtsen,Hajime Tanaka
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:115 (1): 87-92 被引量:19
标识
DOI:10.1073/pnas.1711655115
摘要

Glass-forming liquids subjected to sufficiently strong shear universally exhibit striking nonlinear behavior; for example, a power-law decrease of the viscosity with increasing shear rate. This phenomenon has attracted considerable attention over the years from both fundamental and applicational viewpoints. However, the out-of-equilibrium and nonlinear nature of sheared fluids have made theoretical understanding of this phenomenon very challenging and thus slower to progress. We find here that the structural relaxation time as a function of the two-body excess entropy, calculated for the extensional axis of the shear flow, collapses onto the corresponding equilibrium curve for a wide range of pair potentials ranging from harsh repulsive to soft and finite. This two-body excess entropy collapse provides a powerful approach to predicting the dynamics of nonequilibrium liquids from their equilibrium counterparts. Furthermore, the two-body excess entropy scaling suggests that sheared dynamics is controlled purely by the liquid structure captured in the form of the two-body excess entropy along the extensional direction, shedding light on the perplexing mechanism behind shear thinning.
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