In een kristallijne vaste stof, de atomen vormen een geordend rooster. Kristallijne vaste stoffen reageren elastisch op kleine vervormingen:wanneer de uitgeoefende spanning wordt verwijderd, de macroscopische spanning, evenals de microscopische configuratie van het atoomrooster, gaat terug naar de oorspronkelijke staat. Anderzijds, een materiaal gedraagt ​​zich plastisch als het niet terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat. In het algemeen, plasticiteit treedt alleen op als de vervorming voldoende groot is.

In tegenstelling tot kristallen, amorfe vaste stoffen, zoals een bril, korrelige materie, gels, schuimen, en emulsies, hebben ongeordende deeltjesconfiguraties. Hoe reageren amorfe vaste stoffen op een kleine vervorming? Kan standaardelasticiteit amorfe vaste stoffen beschrijven?

Om deze vraag te beantwoorden, Dr. JIN Yuliang van het Instituut voor Theoretische Fysica (ITP) van de Chinese Academie van Wetenschappen, samen met zijn medewerkers, systematisch de mechanische eigenschappen van amorfe vaste stoffen bestudeerd met behulp van een numeriek modelsysteem.

Hoewel macroscopische eigenschappen zoals spanning en rek omkeerbaar zijn bij het vrijgeven van een kleine vervorming, microscopische configuraties kunnen onomkeerbaar zijn. Het werk dat nodig is om te schakelen tussen configuraties voor en na de verstoring is oneindig klein. Dit soort amorfe vaste stof wordt marginaal stabiel genoemd en is het resultaat van een zogenaamde Gardner-overgang, zoals recentelijk voorspeld door de gemiddelde-veldentheorie.

De onderzoekers hebben verder een stabiliteits-omkeerbaarheidskaart opgesteld van amorfe vaste stoffen met een harde bol, die mechanisch gedrag verenigt, waaronder elasticiteit, plasticiteit, toegevend, en jammen.

Volgens de stabiliteits-omkeerbaarheidskaart (Fig. 1), een amorfe vaste stof heeft twee typische gedragingen, die afhankelijk zijn van de omvang van het volume en de schuifspanningen. In de stabiele regio de amorfe vaste stof is echt elastisch en omkeerbaar, net als kristallen. In de marginaal stabiele regio anderzijds, elasticiteit is onvermijdelijk vermengd met plasticiteit, zelfs voor oneindig kleine vervormingen. Een marginaal stabiele amorfe vaste stof is slechts gedeeltelijk omkeerbaar.

De studie toont aan dat er een completere elastische theorie nodig is - een theorie die amorfe vaste stoffen correct kan opnemen. Het biedt ook belangrijke inzichten in het ontwerp van mechanische materialen van de volgende generatie, zoals metalen glazen.

Het onderzoek wordt gerapporteerd in wetenschappelijke vooruitgang .