在物理學領域中，物質狀態(tài)的變化是重要的研究課題。科學家對晶體熔化的理解已相對成熟：在三維空間中，晶體通過一級相變熔化為液體；在二維空間中，固體通常經歷固態(tài)到中間態(tài)再到液態(tài)兩步熔化過程。但是，非晶固體與液態(tài)之間的轉變是尚未完全解開的謎團。?
近期，中國科學院理論物理研究所金瑜亮團隊、物理研究所博士后付洋以及以色列魏茨曼科學研究所Itamar Procaccia團隊合作，基于分子動力學模擬和理論分析，探討了可忽略熱漲落的二維無摩擦無序顆粒材料，通過對中心粒子的均勻膨脹的瞬時擾動的位移響應分析，揭示了非晶材料在解壓熔化中的固液兩步轉變，即首先是固相內的彈性-塑性轉變，進而是塑性行為主導的固相到液相的非阻塞轉變。?
該研究構建了二維雙分散系統(tǒng)，其中的純排斥勢圓盤位于固定圓形外邊界和瞬時膨脹內邊界之間。研究發(fā)現(xiàn)，當系統(tǒng)處于較高的壓強時，中心粒子均勻膨脹產生的位移場的徑向衰減形式可由經典線性彈性理論描述；當系統(tǒng)壓強降低到某一臨界值后，位移場的塑性特征愈發(fā)明顯，甚至出現(xiàn)反直覺的現(xiàn)象——大量粒子在感受到內邊界粒子的膨脹后反而朝中心粒子運動，并出現(xiàn)角向位移關聯(lián)函數(shù)的急劇衰減；當繼續(xù)降低壓強使體系處于非阻塞態(tài)時，中心粒子膨脹的影響范圍隨非阻塞程度呈現(xiàn)冪律衰減，其冪律指數(shù)與此前文獻報道的結果一致。?
同時，研究顯示，在塑性-彈性轉變壓強附近，新定義的描述位移角向關聯(lián)的長度/角度尺度表現(xiàn)出冪律發(fā)散的行為，表明系統(tǒng)存在長程的角向關聯(lián)。這種角向關聯(lián)的出現(xiàn)，為理解非晶材料的力學行為轉變提供了新視角。?
進一步，該研究探討了系統(tǒng)尺寸、顆粒間相互作用形式和中心粒子膨脹程度對轉變的影響，確認了這一發(fā)現(xiàn)的普適性，并基于標度論證和模擬數(shù)據(jù)結果建立了彈塑性轉變的普適標度形式。?
相關研究成果以Long-Range Angular Correlations of Particle Displacements at a Plastic-to-Elastic Transition in Jammed Amorphous Solids為題，發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。
論文鏈接
對于中心粒子瞬時膨脹體系，圓形邊界內的粒子在力學平衡前后的徑向位移場。
本文鏈接：研究發(fā)現(xiàn)非晶固體中的兩步力學行為轉變http://www.sq15.cn/show-12-1103-0.html
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