无定形固体如何变形：超越位错
无晶体结构的材料，如玻璃或无定形碳，不像金属那样弯曲。其塑性和不可逆变形遵循不同的路径，由原子尺度机制主导，这些机制与晶体完全不同。🧊
关键机制：剪切转变区
在晶体材料中，位错允许整个原子平面滑动。相反，在无定形固体中，变形集中在微小区域，称为剪切转变区 (STZ)。这些是由几十个原子组成的团簇，当材料受到应力时，它们局部且非均匀地重组。
STZ的主要特征：- 它们是无晶体有序材料中塑性变形开始的场所。
- 涉及少量原子的协同重排。
- 它们的激活标志着材料从弹性行为向塑性行为的转变。
STZ不是孤立的缺陷，而是变形复杂舞蹈的主角。
结构雪崩：当区域合作时
这些区域并非孤立工作。它们通过长程弹性场相互通信。当一个STZ激活时，它可以诱导附近其他STZ的激活，引发连锁反应。这种现象产生结构雪崩，即变形事件的级联，这些事件协调地传播到整个固体。研究重点分析这些雪崩的动态、能量以及在变形过程中如何组织。
雪崩动态：- 是多个STZ之间弹性相互作用的结果。
- 像原子重排波一样通过材料传播。
- 其研究有助于预测无定形材料的强度和断裂。
揭示能量景观的模拟
为了追踪这种复杂的动态，使用高级模拟，采用机器学习训练的原子间势，以及pseudo-arclength continuation等数值方法。这种技术允许精确跟踪每个雪崩事件，而结果不依赖于模拟选择的时步。它们揭示了存在局部分离的能量最小值潜在结构，系统在雪崩发生前正好探索这些结构。
因此，如果你曾经好奇为什么玻璃容易划伤却不像金属那样弯曲，答案在于其原子架构：其原子更喜欢组织局部骚乱，而不是有序游行。🔬