中国科大在非晶固体稳定性研究中取得新进展


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稳定键(红色实线)与先前用来表征非晶固体局域稳定性的软点粒子(深蓝色圆盘)的比较,可见,稳定键和软点粒子有很好的空间关联。从左到右分别为具有简谐、赫兹、负幂律相互作用势非晶体系的结果,可见结论的普适性。左图中放大部分连接两个桔色粒子的稳定键在外力加载下断裂,造成非连续不稳定模式的发生。

该研究组经过长时间的努力,最终获得了该怪异模式形成的清晰图像。他们发表于《美国科学院院刊》的工作首次报道并表征了这种新的非晶固体失稳模式。折叠不稳定模式的主要特征是非晶固体在趋近力学失稳方向的势垒高度逐渐减小并消失,对应于最低频本征振动模频率的幂律减小并消失。然而,新模式在趋近失稳过程中,本征振动模没有任何征兆,力学失稳是非连续、突然发生的,因此,该研究组将其命名为非连续不稳定(discontinuous instability)。他们发现,非连续不稳定的产生源于非晶固体中一根键(粒子间的相互作用)的断裂,然而,并不是所有键的断裂都会造成力学失稳。形成非连续不稳定需要具备两个条件:1.键的劲度系数在濒临断裂的边缘不为零,2.断裂的键必须是稳定键(stabilizing bond)。稳定键是该工作首次提出的一个重要概念。该工作发现,稳定键在非晶固体中普遍存在,它的发现源于理解非晶固体新的失稳模式,然而,作为一个新的局域特征量,相比于过去提出的其它微观表征量,稳定键的定义非常明确,它在表征、预测和调控非晶固体不稳定性的研究中有潜在的应用、将产生重要的影响。

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