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在物理學(xué)領(lǐng)域中，物質(zhì)狀態(tài)的變化是重要的研究課題?？茖W(xué)家對(duì)晶體熔化的理解已相對(duì)成熟：在三維空間中，晶體通過一級(jí)相變?nèi)刍癁橐后w；在二維空間中，固體通常經(jīng)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(zhuǎn)變是尚未完全解開的謎團(tuán)。?近期，中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所金瑜亮團(tuán)隊(duì)、物理研究所博士后付洋以及以色列魏茨曼科學(xué)研究所Itamar Procaccia團(tuán)隊(duì)合作，基于分子動(dòng)力學(xué)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(duì)中心粒子的均勻膨脹的瞬時(shí)擾動(dòng)的位移響應(yīng)分析，揭示了非晶材料在解壓熔化中的固液兩步轉(zhuǎn)變，即首先是固相內(nèi)的彈性-塑性轉(zhuǎn)變，進(jìn)而是塑性行為主導(dǎo)的固相到液相的非阻塞轉(zhuǎn)變。?該研究構(gòu)建了二維雙分散系統(tǒng)，其中的純排斥勢(shì)圓盤位于固定圓形外邊界和瞬時(shí)膨脹內(nèi)邊界之間。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)處于較高的壓強(qiáng)時(shí)，中心粒子均勻膨脹產(chǎn)生的位移場(chǎng)的徑向衰減形式可由經(jīng)典線性彈性理論描述；當(dāng)系統(tǒng)壓強(qiáng)降低到某一臨界值后，位移場(chǎng)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(nèi)邊界粒子的膨脹后反而朝中心粒子運(yùn)動(dòng)，并出現(xiàn)角向位移關(guān)聯(lián)函數(shù)的急劇衰減；當(dāng)繼續(xù)降低壓強(qiáng)使體系處于非阻塞態(tài)時(shí)，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(xiàn)報(bào)道的結(jié)果一致。?同時(shí)，研究顯示，在塑性-彈性轉(zhuǎn)變壓強(qiáng)附近，新定義的描述位移角向關(guān)聯(lián)的長(zhǎng)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(zhǎng)程的角向關(guān)聯(lián)。這種角向關(guān)聯(lián)的出現(xiàn)，為理解非晶材料的力學(xué)行為轉(zhuǎn)變提供了新視角。?進(jìn)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(duì)轉(zhuǎn)變的影響，確認(rèn)了這一發(fā)現(xiàn)的普適性，并基于標(biāo)度論證和模擬數(shù)據(jù)結(jié)果建立了彈塑性轉(zhuǎn)變的普適標(biāo)度形式。?相關(guān)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(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。論文鏈接對(duì)于中心粒子瞬時(shí)膨脹體系，圓形邊界內(nèi)的粒子在力學(xué)平衡前后的徑向位移場(chǎng)。