Tensor Electromagnetism and Emergent Elasticity in Jammed Solids
无序、堵塞固体中的机械响应和应力传递理论提出了几个悬而未决的问题，即非周期性网络（显然与流体的快照无法区分）如何维持剪切。我们提出了一个应力只有理论的紧急弹性的非热无定形组装的颗粒在一个堵塞的固体，其中每个颗粒受到力和扭矩平衡的机械约束。这些颗粒级的限制导致了高斯定律的一个紧急$U(1)$张量电磁，然后帐户的机械响应这样的固体。这种无定形弹性的表述有几个直接的结果。机械响应精确地映射到这种张量电磁的静态介电响应，介质的极化率映射到紧急弹性模量。外力作为矢量电荷，而张量磁场是由动量密度产生的。电和磁部分的动力学，自然分别转化为刚性堵塞网络和弹道粒子运动的动力学。的应力-应力的相关性和响应的理论预测证实了无摩擦颗粒填料在静态极限的理论在2D和3D的数值模拟的结果。
2022-04-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Beyond linear elasticity: Jammed solids at finite shear strain and rate
软固体的剪切响应可以用线弹性来模拟，只要力是缓慢和微弱的。当材料失去刚性时，这两种近似都必须打破，例如在泡沫和乳液中的（非）堵塞点-这表明在堵塞附近的线性弹性响应的窗口非常窄。然而，这种崩溃究竟何时以及如何发生仍不清楚。为了回答这些问题，我们进行了计算机模拟的应力松弛和剪切启动实验在无热软球填料，规范模型干扰。通过系统地改变应变幅度，应变率，距离堵塞，和系统的大小，我们确定的特征应变和时间尺度，量化如何以及何时关闭的线性弹性窗口，并将这些尺度的微观接触网络的变化。我们的研究结果表明，堵塞的固体的机械响应一般是非线性和速率依赖于实验可访问的应变和时间尺度。
2016-01-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Robust Prediction of Force Chains in Jammed Solids using Graph Neural Networks
力链是一种承载大应力的准线性自组织结构，普遍存在于颗粒材料、泡沫、乳液甚至细胞组装体等堵塞的非晶材料中。预测它们在机械变形时将在哪里形成对于描述这些材料的物理特性至关重要，但仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们证明了图神经网络（GNN）可以准确地推断出这些力链在无摩擦材料中的位置，从变形前的局部结构，而无需接收任何有关颗粒间力的信息。一旦在原型系统上训练，GNN预测精度被证明对填充分数、混合物组成、变形量和相互作用势的形式的变化具有鲁棒性。GNN也是可扩展的，因为它可以预测的系统比那些它是训练上。我们的结果和方法将感兴趣的颗粒物质和堵塞的无序系统的实验实现，例如，在力链的直接可视化是不可能的情况下，或接触力不能测量。
2021-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Critical viscoelastic response in jammed solids
我们确定的线性粘弹性响应堵塞包装的无热排斥粘性球，模型的乳液，湿泡沫，和软胶体悬浮液。我们数值测量的复杂的剪切模量，响应的基本特征，并表明，低频响应显示动态临界缩放附近的无干扰。粘弹性剪切响应由填料的松弛本征模态控制。我们使用标度参数来解释本征率的分布，这在unjamming时会产生发散。然后，我们推导出的临界指数表征响应，包括消失的剪切模量，发散粘度，和临界剪切稀化制度。最后，我们表明，宏观流变学是敏感的局部粘性力法的细节。通过改变法向和切向阻尼系数的比率，我们确定和解释了滑动运动的强阻尼和弱阻尼系统之间的定性差异。当滑动是弱阻尼时，没有发散的时间尺度，没有发散的粘度，也没有临界剪切稀化制度。
2012-05-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A link between anomalous viscous loss and boson peak in soft jammed solids
本研究结合微流变实验与软球模型线性响应理论，揭示软阻塞固体的反常黏性损耗源于非晶态固体普遍存在的玻色峰，无需参数拟合即可定量解释实验结果，且该反常损耗在不同相互作用系统及阻塞密度以下均存在。
2024-02-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Order metrics of jammed solids: Structures, hyperuniformity, and implications for ultra-stable glasses
提出考虑多重旋转对称性的结构序参量，研究二维硬颗粒堵塞转变线上的结构演化与超均匀性，揭示超稳定玻璃富含有序颗粒且具有类似晶体密度涨落的结构特征。
2024-08-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Effects of compression on the vibrational modes of marginally jammed solids
与大多数结晶固体相比，玻璃具有大量过量的低频振动模式。我们表明，这样的功能是一个必要的后果，固体的弱连通性，并在过剩的模式的频率是非常敏感的压力。我们特别分析了两个系统，其角频率为w的振动模式的密度D（w）显示出与填充分数的标度行为：（i）模拟通过有限范围的纯排斥势相互作用的粒子的堵塞包装，由零温度下的弱压缩球体组成，以及（ii）具有相同接触网络的系统，但是其中任何接触的颗粒之间的力（因此总压力）被设置为零。我们在这两种情况下解释了观察到的a）当w变为0时D（w）向非零常数收敛，b）低频截止w* 的出现，以及c）w* 随着压缩的幂律增加。这两个系统之间的差异发生在较低的频率。修改后的系统的态密度在w* 处显示出突然的平台，低于该平台，我们预计系统将表现为正常的、连续的弹性体。在未修改的系统中，压力降低了过量模式的频率。尽管压力具有失稳效应，但对稳定性的要求产生了每个粒子额外接触数的下限dz：dz > p^（1/2），这推广了存在压力时的麦克斯韦刚性准则。在模拟中观察到这种缩放行为。最后讨论了冷却过程对微结构和简正模密度的影响。
2005-08-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Penrose Tilings as Jammed Solids"
在最近的一封信中，Stenull和Lubensky声称，彭罗斯镶嵌的周期近似，这是一般均衡的，有一个非零的体积模量B时，无序，因此，彭罗斯镶嵌是很好的模型堵塞包装。非零B的主张是基于对无序度为单个值的周期彭罗斯近似的简正模分析而提出的，这是他们信件的中心点：彭罗斯镶嵌的其他性质，如剪切模量的消失和振动态的平坦密度，已经被迄今为止研究的大多数几何无序均衡网络所共享。在这篇评论中，共轭梯度被用来求解近似的弹性方程，近似值高达8x10^4个站点，对于几个值，以表明毫无疑问，Stenull和Lubensky的主张是不正确的。一般彭罗斯镶嵌的体积模量渐近为零。根据我们的结果，当（ε ^2 L^3）<< 10^2时，B以（ε ^2 L^3）的形式增长，然后饱和，最后当ε ^2 L^3 >> 10^2时，B以（ε ^2 L^3）^{-2/3} ~ 1/L^2的形式衰减。Stenull和Lubensky似乎只分析了在所研究的最大尺寸下达到饱和的一个λ值。这使他们得出了错误的结论。我们支持我们的结果，也考虑通用彭罗斯逼近与固定的边界，其体积模量构成了严格的上限，周期性系统，发现这些有一个消失的B以及大L。我们的结论是，Stenull和Lubensky信中的主要观点是不合理的。彭罗斯平铺是没有更好的模型堵塞包装比任何以前研究的均衡网络与几何混乱。
2015-07-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Elasticity of Jammed Packings of Sticky Disks
大量的软质材料在高填充率下堵塞在非晶态固体中。这种非平衡相变最好在模型系统的上下文中理解，在该模型系统中，粒子在重叠时弹性排斥。然而，最近的研究表明，在粒子之间引入任何有限的吸引力都会改变跃迁的普适性类别。这个新的“粘性干扰”类的特性几乎完全没有被探索过。我们使用分子动力学模拟和标度分析来确定剪切模量，体积模量，和协调的边缘固体接近粘性堵塞点。在每一种情况下，系统的行为都与纯粹排斥的情况有着明显的质的区别。
2020-02-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stress Response of Jammed Solids: Prestress and Screening
本研究扩展了无序系统的“仅应力”规范理论表述，引入尺度依赖屏蔽以同时捕获介电和Debye型行为，发现软球堆积中特征长度由颗粒尺寸决定，并证明无摩擦阻塞转变附近无Debye型屏蔽，且无序平均下类介电响应持续存在。
2025-09-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Vibrational density of states of jammed packing: mean-field theory
几种平均场论预言，在大空间维数$d\to\infty$的限制下，可以用随机矩阵写出非晶态固体的海森矩阵。受这些结果的启发，我们在这里提出了一种方法来映射的非晶态固体的海森到一个随机矩阵。这是可能的，通过确定随机矩阵的系数，使得随机矩阵的迹与原始系统的Hessian重合。我们比较我们的结果与以前的数值模拟的谐波球在几个空间维度$d=3$，$5$，和$9$。对于小的压力$p\ll 1$（近堵塞），我们发现一个很好的协议，即使在$d=3$，并获得更好的协议，在较大的$d$，这表明近似确实成为精确的限制大的空间尺寸。
2022-06-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Minimal cyclic behavior in sheared amorphous solids
本研究通过灵敏算法识别剪切下堵塞堆积中相互抵消的重排对，发现其周期性循环行为持续至最小应变，揭示了滞后量与能量及位移的关系，并表明重排核心与交互无明确界限，为无定形固体达到极限循环提供见解。
2025-04-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Hyperuniformity and generalized fluctuations at Jamming
在不同长度尺度上密度涨落的抑制是超均匀性的标志。然而，它在堵塞固体中的存在和意义仍然是一个有争议的问题。我们探讨了这种隐藏的顺序在manybody相互作用模型已知表现出刚性过渡的存在下，并发现，在相反的concluiting猜测，在刚性相的密度波动只被抑制到一个有限的长度尺度。该长度尺度在刚性转变的临界点处增长并发散，使得系统在流体相中是超均匀的。这表明超均匀性是堵塞固体中通常不存在的特征。令人惊讶的是，相应的波动的几何性质的模型被发现强烈抑制在一个更大的，但仍然有限的长度尺度，表明系统自组织优先抑制几何波动的代价是招致密度波动。
2018-12-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simple model for the static structure and the mean coordination of amorphous solids
我们提出了一个简单的路线来评估静态结构，在平均协调方面，完全无序固体与球形成分，从ca。55%的体积分数高达随机紧密堆积，在结构不均匀的情况下。根据目前的理解，根据这种理解，非晶态固体中决定结构的相互作用是核心排斥，而较弱的、较长距离的相互作用仅仅是微扰，该模型产生了固体中的平均配位，这是超淬火过程的结果，在超淬火过程中，前体液体快照的瞬时结构被扭曲到与淬火硬-球形液体在体积分数为64%时进入等静压堵塞状态。变形的特征长度约为颗粒直径的3%。外推到较低的体积分数，这是淬火路线，从而导致最空间均匀的状态。因此，该模型可用于定量评估非晶态固体的结构不均匀性程度。当空间不均匀性很小时，对于非常密集的系统，该模型可以用于评估坐标相关的宏观性质（例如弹性模量），如平行工作中所示。
2009-05-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Elastic Moduli and Vibrational Modes in Jammed Particulate Packings
当我们对无定形固体弹性地施加均匀的仿射变形时，它们也会经历不均匀的非仿射变形，这可能对整体弹性响应产生至关重要的影响。因此，为了正确理解弹性模量$M$，不仅需要考虑仿射模量$M_A$，还需要考虑由非仿射变形产生的非仿射模量$M_N$。在目前的工作中，我们研究的体积（$M=K$）和剪切（$M=G$）模量在静态堵塞的颗粒填料在一定范围内的包装分数$φ$。这项工作的一个新颖之处是通过位移场和力场的模态分解来阐明每个振动模式对非仿射$M_N$的贡献。在（非）干扰跃迁$φ_{c}$附近，振动态密度$g(ω)$在特征频率$ω^\ast$以上的中频区域中显示出平台。我们说明，这种不寻常的功能明显的$g(ω)$反映在$M_N$的行为：作为$φ\rightarrow φ_c$，其中$ω^\ast \rightarrow 0$，这些模式的$ω< ω^\ast$贡献越来越少，而贡献从那些$ω> ω^\ast$接近一个恒定的值，导致在$M_N$接近一个临界值$M_{Nc}$，作为$M_N-M_{Nc} \sim ω^\ast$。在$φ_c$本身处，体积模量达到有限值$K_c=K_{Ac}-K_{Nc} > 0$，使得$K_{Nc}$具有保持低于$K_{Ac}$的值。相反，对于临界剪切模量$G_c$，$G_{Nc}$和$G_{Ac}$接近相同的值，使得总值恰好变为零，即$G_c = G_{Ac}-G_{Nc…
2016-06-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Microscopic view of heat capacity of matter: solid, liquid, and gas
在原子水平上理解液体的热力学是具有挑战性的，因为强烈的原子相互作用和缺乏对称性。最近以前的理论工作集中在描述液体的热容量的声子类激发，但往往依赖于拟合参数和特设的假设。在这项工作中，我们进行微观分析的瞬时正常模式和速度自相关的分子动力学模拟的单元素系统在宽范围的温度（高达$10^8$ K）和压力（高达1 TPa）。我们的研究结果表明，液体的热容量可以描述的固体和气体自由度的组合，导致一个统一的框架来描述所有三个阶段的物质：固体，液体和气体的热容量。
2022-10-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Simulation of thermal conductivity and heat transport in solids
本文采用具有经典相互作用势的分子动力学方法计算了晶体和玻璃的热导率和热输运。在系统中引入冲击波和热脉冲，研究了系统中能量和温度的传播。在微正则系综中，通过激发结构中的单模并利用分子动力学监测振幅的时间演化来研究声子的衰减。作为实例，考虑硒和$\rm{SiO_2}$的结晶和无定形改性。
1998-11-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Heat capacity of liquids: an approach from the solid phase
我们根据液体的弹性性质和振动状态计算其能量和热容。实验结果表明，液体热容随温度的降低是由于两个横模的损耗随频率$ω<1/τ$而增加，其中$τ$是液体的弛豫时间。在一个简单的模型中，液体的热容与粘度有关，并与汞的实验数据进行了比较。我们还计算了量子液体的振动能，证明了在低温极限下不能激发横声子。最后，我们讨论了所提出的方法的影响，液体的玻璃化转变的问题。
2008-08-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Random sequential adsorption of particles with tetrahedral symmetry
我们研究随机顺序吸附（RSA）的一类固体，可以从一个立方体通过特定的切割其顶点，以找出如何从四面体到八面体对称的过渡影响的密度产生堵塞填料。我们发现，在一般情况下，八面体对称的固体形成不太密集的包装，然而，最低的密度是获得的包装建设的四面体。密排堆积是由一个近似于四面体的固体形成的，但其顶点和边被略微切割。它的密度为$θ_{max} = 0.41278 \pm 0.00059$，比球形或长方体的平均填充分数高，但比椭球体或球柱体的密度低。密度自相关函数的研究包装是典型的随机介质和消失的速度非常快的距离。
2019-11-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
