Spatially correlated rotational dynamics reveals strain dependence in amorphous particle packings
无定形颗粒堆积中的微观结构动力学通常通过量化颗粒位移来探测。虽然当颗粒的位移受到阻碍时，颗粒填充中的刚性出现，但通常无序的位移度量如何与机械响应联系并不明显。相反，粒子旋转对限制效应的敏感性要小得多，但对堆积的力学仍然敏感。到目前为止，很少有人注意将微观旋转运动与非晶填料的力学联系起来。我们证明，通过实验测量，颗粒包装力学可以直接链接到旋转运动的剪切包装，即使是圆形颗粒。我们的结果表明，旋转动力学的扩散性质是高度应变敏感的。此外，在旋转动力学中存在大量的空间相关性，其是颗粒摩擦和堆积密度的函数。我们的测量分析表明，粒子旋转动力学在非晶材料力学中起着至关重要的作用。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Packing Concave Molecules in Crystals and Amorphous Solids: On the Connection between Shape and Local Structure
确定了由两个或三个圆盘重叠而成的各种二维凹面形状的密排晶体填料的结构。每个颗粒对的最大接触数的定义和建议作为一个有用的手段分类颗粒形状。我们表明，密堆积晶体表现出最大的接触每颗粒的数量，但不一定包括最大接触数的颗粒对。相反，通过高温液体的能量最小化产生的非晶结构通常确实包括最大接触对。无定形结构表现出大量的接触每颗粒对应于过度约束的结构。这种过度约束的可能后果进行了讨论。
2019-02-07 cond-mat.soft
Non-Universality of Density and Disorder in Jammed Sphere Packings
我们首次表明，集体堵塞无序包装的三维单分散无摩擦硬球可以生产和调整使用一种新的数值协议与包装密度$ϕ$低至0.6。这远低于与最大随机堵塞状态相关的0.64的值，并且与定义不清的“随机松散堆积”状态密度完全无关。具体地，在具有可变无序的宽密度范围$ϕ\in [0.6,~0.74048\ldots]$上，产生具有以任何密度$ϕ$为中心的非常窄的分布的共同堵塞的填料。我们的研究结果支持这样的观点，即没有一个通用的干扰点是可区分的包装密度和发生频率的基础上。我们的堵塞包装映射到一个密度阶度量平面，这提供了一个更广泛的表征包装比密度。对填料的其他特性，如对关联函数、平均接触数和振子分数进行了定量分析和讨论。
2011-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Absence of hyperuniformity in amorphous hard-sphere packings of nonvanishing complexity
我们将数密度为$ρ$的堵塞硬球系统中的结构因子$S(\mathbf{k} \to \mathbf{0})$与它的每粒子复杂度$Σ(ρ)$通过公式$S(\mathbf{k} \to \mathbf{0})=-1/ [ρ^2Σ''(ρ)+2ρΣ'(ρ)]$联系起来。我们已经验证了这个公式的情况下，堵塞的磁盘在一个狭窄的通道，这是可能的，找到$Σ(ρ)$和$S(\mathbf{k})$分析。因此，如果复杂度非零，则不会发生超均匀性（即$S(\mathbf{k} \to \mathbf{0})$的消失）。给出了一个例子的硬盘在一个狭窄的通道，这是超均匀的动态规则，产生一个非广泛的复杂性时，堵塞的状态。
2018-08-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sheared Amorphous Packings Display Two Separate Particle Transport Mechanisms
剪切颗粒材料引起非仿射位移。这种非仿射位移已经被广泛研究，并且已知与非晶填料的塑性和其他机械特征相关。一个众所周知的例子是剪切转变区，如由仿射变形的局部偏差$D^2_{min}$捕获的，以及它们与失效和应力波动的相关性。我们分析剪切摩擦非热磁盘包装，并表明，存在至少一个额外的介观运输机制，叠加在本地扩散运动的顶部。我们的证据表明，这第二次运输机制在一个均匀的系统，通过扩散张量分析，并表明，该扩散张量的痕迹等于经典的$D^2_{min}$时，这第二介观运输进行校正。新的运输机制是一致的观察到在很宽的体积分数范围内，甚至具有不同的摩擦系数的颗粒，并始终观察到剪切反转后，暗示其相关的记忆效应。
2020-12-12 cond-mat.soft
Low-frequency vibrations of jammed packings in large spatial dimensions
非晶态填充物制备在附近的干扰过渡发挥核心作用，在理论研究的振动光谱的玻璃。两种平均场论预言，振动态密度$g(ω)$服从一个特征幂律，即$g(ω)\simω^2$，在低频区称为非德拜标度。然而，数值研究报告称，由于有限维效应，这种标度在低频下会分解。在这项研究中，我们准备了无定形包装的$128000$颗粒的空间尺寸从$d=3$到$d=9$的非德拜标度的有效性范围。我们的数值计算结果表明，非德拜标度服从下降到一个频率，逐渐减少的$d$增加，并可能为大$d$消失，与平均场预测。我们还表明，预应力是一个有效的控制参数，定量比较包装在不同的空间尺寸。
2019-10-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Absence of solid phase in dense amorphous active granular matter
School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院）
研究发现，在高密度非晶活性颗粒物质中，即使颗粒排列密度高于晶体排列密度，混合不同大小颗粒可防止结晶，从而保持流体相。
2026-04-16 cond-mat.soft
Close packing density and fracture strength of adsorbed polydisperse particle layers
用数值模拟方法研究了二维对数正态分布和双峰分布的表面吸附颗粒或圆盘的密堆积密度。对于小的粒径分布，该系统的订单在多晶结构的六边形域。当颗粒尺寸的分散度增加到10.5+/-0.5%时，畴尺寸和堆积密度都减小。从这一点开始，系统变成无定形的，并且紧密堆积密度再次随着粒度的扩展而增加。我们认为，多晶和非晶区域分开的Kosterlitz无晶型相变。在非晶区，我们发现紧密堆积密度与摩擦因子的对数或冷却速率成正比。我们还研究了烧结颗粒表面层的断裂行为。断裂强度随颗粒尺寸的增大而增大，但在多晶-非晶过渡区脆性最小。我们进一步表明，大颗粒和小颗粒的混合分布通常会导致更弱和更脆的层，即使紧密堆积密度高于任何一种颗粒类型。我们指出应用程序的泡沫稳定性的皮克林机制。
2012-01-26 cond-mat.soft
Universal non-Debye scaling in the density of states of amorphous solids
在干扰过渡，无定形填料是已知的显示异常振动模式的态密度（DOS），保持恒定的低频。然而，在更高密度下DOS的缩放仍然不清楚。人们可能会期望找到简单的德拜标度，但最近的结果从有效介质理论和平均场模型的精确解都预测一个异常的，非德拜标度。然而，作为平均场解，这些解仅严格适用于无限空间维度的限制，并且不清楚它们对有限维系统有什么价值。在这里，我们研究包装的软球在3至7维，并发现，远离干扰，一个普遍的非德拜标度的DOS是一致的平均场的预测。我们还考虑如何软模式参与率收敛到平均场预测的尺寸增加。
2015-12-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Elongation and percolation of defect motifs in anisotropic packing problems
我们研究结晶和无定形包装的各向异性物体的表面上的不同属之间的制度，通过不断改变它们的尺寸分布或形状从单分散的球体的双分散的混合物或单分散的椭球体颗粒，我们还考虑了一个各向异性的变体的汤姆逊问题的混合物的费用。随着各向异性的增加，我们首先观察到的中间取向有序的六角相的平移顺序的破坏，由纳尔逊，鲁宾斯坦和Spaepen提出的，然后过渡到非晶态。通过分析诱导的向错图案的结构，我们表明，六方晶-非晶转变是由向错晶界的生长和连接引起的，这表明这种转变在所考虑的方案中属于渗流普适类。
2021-04-01 cond-mat.soft
Universal stress correlations in crystalline and amorphous packings
本研究通过数值分析谐波与Lennard-Jones势相互作用的粒子系统，揭示了从晶体到非晶堆积的大尺度应力关联具有普适性，并在近晶极限下给出精确结果，同时利用应力关联揭示了非晶化转变中的结构周期性丧失。
2024-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Non-universal Voronoi cell shapes in amorphous ellipsoid packings
在具有短程相互作用的颗粒系统中，如颗粒物质或简单流体，局部结构在决定宏观物理性质方面起着关键作用。在这里，我们分析来自Voronoi图的配置扁圆椭球的局部结构度量，为各种纵横比$α$和全球体积分数$ϕ_g$。我们专注于堵塞的静态配置的摩擦椭球体，通过层析成像和离散元方法模拟。特别是，我们认为当地的包装分数$ϕ_l$，定义为粒子的体积除以其Voronoi细胞体积。我们发现，概率$P(ϕ_l)$的Voronoi细胞有一个给定的局部包装分数显示相同的缩放行为的函数$ϕ_g$观察到的随机球包。令人惊讶的是，这种缩放行为被进一步发现是独立的颗粒纵横比。相比之下，典型的Voronoi细胞的形状，量化的闵可夫斯基张量各向异性指数$β=β_0^{2,0}$，指向一个显着的差异随机填充的球体和扁椭球体。虽然具有给定值$ϕ_l$的所有泡孔的平均泡孔形状$β$在致密和松散的堵塞球形填料中非常相似，但是致密和松散的椭圆体填料的结构显著不同，使得这不成立。这种非普遍性对我们理解非球面粒子的干扰有影响。
2015-04-10 cond-mat.soft
Machine Learning Characterization of Structural Defects in Amorphous Packings of Dimers and Ellipses
对称颗粒的无定形包装内的结构缺陷可以使用机器学习方法来表征，该方法结合了径向距离和角度排列的结构函数。这就产生了一个标量场\emph{softness}，它与粒子将要重排的概率相关。然而，当颗粒形状被拉长时，如在二聚体和椭圆的情况下，我们发现标准结构函数产生不精确的柔软度测量。此外，椭圆形呈现出与圆形颗粒形成鲜明对比的变形轮廓。为了解释方向和对齐的影响，我们引入了新的结构函数来恢复软度的预测性能，并提供对局部和扩展动态的物理见解。我们研究了一个模型无序固体，一个双分散的二维颗粒柱，单轴压缩驱动，完全由单体，二聚体，或椭圆。我们演示了如何通过支持向量机的软度计算扩展到二聚体和椭圆引入新的取向结构功能。然后，我们突出的空间范围的重排和缺陷，以及它们的互相关，为每个粒子形状。最后，我们展示了一个额外的机器学习算法，递归特征消除，提供了一个途径，以更好地理解软度是如何从特定的结构方面产生的。我们确定了最关键的结构功能，在确定柔软性，并讨论其物理意义。
2019-01-26 cond-mat.soft
Free-energy functional for freezing transitions: Hard sphere systems freezing into crystalline and amorphous structures
一个自由能泛函，它包含了对称守恒和对称破缺的直接对关联函数的部分已被用来研究冻结的硬球系统的结晶和非晶结构。流体-晶体转变的冻结参数已被发现是在非常好的协议从模拟中发现的结果。我们考虑了从分子动力学模拟中发现的非晶结构，其填充分数$η$低于玻璃紧密填充分数$η_{J}$，并研究了它们与均匀流体相比的稳定性。自由能最小值的存在对应于以非晶晶格为中心的重叠高斯密度分布，描述了具有非均匀密度分布的深度过冷态。
2011-01-31 cond-mat.soft
Learning-based approach to plasticity in athermal sheared amorphous packings: Improving softness
本文针对非晶固体剪切塑性中softness方法的两大弱点，提出基于观测迁移率自然表示和持续同调的结构量识别两项改进，并在二维无热堆积中验证其预测塑性局域化的高精度。
2020-10-27 cond-mat.soft
Vibrational properties of two-dimensional dimer packings near the jamming transition
由各种形状的颗粒组成的堵塞颗粒系统在压缩或减压时经历堵塞转变。到目前为止，球填料已被广泛研究，在许多以前的工作，在过渡和标度律与压力的各种数量，包括接触数和振动态密度的等静压，已经建立。此外，非球形填料也受到了广泛的关注，特别是最近的工作在理解椭球填料方面取得了进展。在目前的工作中，我们研究的二聚体包装在两个维度，这已经远远低于了解系统的球体和椭球体。我们首先研究了二聚体在干扰跃迁附近的接触数。事实证明，二聚物的包装有“旋转的响尾蛇”，其中每一个仍然有一个自由的旋转运动。修正了这种效应后，我们发现二聚体在干扰处变得均衡，并且过量接触数服从与球体相同的临界律和有限尺寸标度律。接下来我们研究二聚体在跃迁附近的振动性质。我们发现，二聚体的振动态密度表现出两个特征平台，由一个峰分开。高频平台由平移自由度主导，而低频平台由旋转自由度主导。我们建立了跃迁附近的平台和峰值的特征频率的临界标度律。此外，我们提出了在平移和旋转平台的振动模式的真实空间位移场的详细特征。
2019-05-08 cond-mat.soft
Ultrastable jammed sphere packings with a wide range of particle dispersities
本文提出在类似 Lubachevsky-Stillinger 的粒子生长过程中结合 SWAP 和 TDOF 移动，显著提升了广泛粒径分散度下多分散球堆积的堵塞密度、配位数及体积模量，并大幅减少了 rattler 粒子数量。
2025-08-12 cond-mat.soft
Structural aging of a cohesive and amorphous granular solid under cyclic loading
University of Michigan（密歇根大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
研究了在循环加载下，cohesive 和 amorphous 颗粒固体的结构老化现象，发现其强度和刚度提高但延展性降低，并表现出应力超量等不同特征。
2026-03-09 cond-mat.soft
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
Mean field theory of hard sphere glasses and jamming
硬球在凝聚态物质中无处不在：它们被用作液体、晶体、胶体系统、颗粒系统和粉末的模型。硬球的包装甚至更广泛的兴趣，因为它们与信息理论中的重要问题有关，例如信号的数字化，纠错码和优化问题。在三维空间中，全同硬球的密堆积被证明是FCC晶格，并且在足够低的维度上，密堆积是有序的（规则晶格，如晶体）。尽管如此，无定形填料仍然吸引了很多兴趣，因为对于多分散胶体和颗粒材料，由于动力学原因，在实验中不能获得结晶状态。在这里，我们回顾了一个理论的无定形包装，更一般的玻璃态，硬球的副本方法的基础上：这个理论给出了预测这些国家的结构和热力学。在2到6维之间，这些预测可以成功地与数值模拟进行比较。我们还将讨论大维数的极限，其中精确解是可能的。我们在这里提出的一些结果已经发表，但其他的是原始的：特别是我们改进了大尺寸极限的讨论，我们得到了新的结果的关联函数和接触力分布在三维。我们还试图在这里澄清的主要假设，超出了我们的理论，特别是我们的静态计算和动态程序用于构建无定形包装之间的关系。
2010-03-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hard convex lens-shaped particles: Characterization of dense disordered packings
在硬凸透镜形颗粒（透镜）族中，纵横比等于2/3的颗粒是“最佳的”，因为这种透镜的最大随机堵塞（MRJ）填充实现了最高的填充分数$ϕ_{\rm MRJ} \simeq 0.73$。该值仅比$ϕ_{\rm DKP} = 0.76210\dots$低几个百分点，$ϕ_{\rm DKP} = 0.76210\dots$是相应的已知密度最大的结晶（简并）堆积的堆积分数。通过利用明显减少的倾向，这样的最佳透镜系统的位置和取向顺序，无序的包装，他们逐步产生的基于蒙特卡罗方法的程序从稀平衡各向同性流体相的致密的非平衡MRJ状态。这使得人们可以密切监测这些填料的（微）结构如何在MRJ状态形成过程中发生变化。计算的许多结构描述符所经历的逐渐变化可以连贯一致地追溯到硬颗粒之间的接触逐渐增加，直到在有效超均匀MRJ状态下达到每个透镜10个接触邻居的均衡平均值。与硬球的MRJ状态相比，这种最佳透镜的MRJ状态更致密（多孔性更小），更无序，并且无振动。这一系列特性使它们成为良好的玻璃形成剂。这一结论可能也适用于具有相应类似纵横比的其他硬凸单轴颗粒，无论它们是扁的还是长的，并且通过使用它们的合适的双轴变体，该组特性可能进一步改善。
2019-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The ideal glass transition of Hard Spheres
本文用复型法研究了具有相同硬球的液体的理想玻璃化转变。我们得到了液相中的构型熵的估计，Kauzmann堆积分数在0.58- 0.62范围内，无规密堆积密度在0.64- 0.67范围内，这取决于我们对液体状态方程所用的近似。我们还计算了玻璃态下的对关联函数（即，致密的无定形堆积），我们发现，在随机紧密堆积的平均配位数等于6。所有这些结果与数值模拟和其他现有的理论进行了比较。
2005-06-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
The Spot Model for random-packing dynamics
玻璃和颗粒状物质等非晶材料的扩散和流动，已经不能用类似于晶体缺陷理论的简单微观描述来描述。早期的模型是基于气体一样的非弹性碰撞或晶体一样的空位扩散，但在这里，我们提出了一个合作机制，密集的随机包装动力学的基础上扩散“点”的间隙自由体积。用点模型进行模拟可以有效地生成真实的流动填料，而且该模型足够简单，便于进行数学分析。从非局部随机微分方程出发，我们推导出示踪剂扩散的连续方程，给出自由体积（斑点）的动态。在整个文件中，我们应用该模型在筒仓颗粒排水，我们也简要地讨论了玻璃松弛。最后，我们讨论了基于点的多尺度建模和模拟的非晶材料的前景。
2005-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
What Stabilizes the Intermediate Structure of an Amorphous Alloy?
我们提出了一个模型的二元金属-非金属合金的模拟研究的结果，我们的特点和解释的本地协调结构，与这些协调多面体的包装和热稳定性的各种结构元素的模型非晶态固体的中间结构。
2019-06-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anomalous Stress Fluctuations in Athermal Two Dimensional Amorphous Solids
我们数值研究了局部应力分布在非热，各向同性应力，机械稳定，包装的双分散无摩擦磁盘以上的堵塞过渡在两个维度。考虑到傅立叶变换的局部应力，我们发现的证据代数增加波动的各向同性和各向异性分量的应力张量在小波数，最近的理论预测相反。这种增加的波动意味着在大尺度上应力缺乏自平均。这些增加的波动的交叉定义了长度尺度$\ell_0$，然而，看起来$\ell_0$不随填充分数$ϕ$变化太多，当$ϕ$接近阻塞$ϕ_J$时，$\ell_0$也不发散。我们还发现类似的大长度尺度的波动的应力在淬火的Lennard-Jones液体的固有状态，使我们推测，这种波动可能是一个一般性质的非晶态固体在两个维度。
2017-09-01 cond-mat.soft
Dynamics of Random Packings in Granular Flow
我们提出了一个多尺度模拟算法的非晶材料，我们说明和验证的一个典型的情况下，致密颗粒流。我们的算法是基于最近提出的斑点模型，在一个密集的随机包装的颗粒进行链式集体位移响应扩散的“斑点”的影响，携带轻微过量的间隙自由体积。我们重建的微观动力学粒子的“粗粒”动态斑点通过引入一个本地化的粒子松弛步骤后，每个点引起的块位移，只是为了执行包装约束（相当任意）软核排斥。为了测试该模型，我们研究在多大程度上它可以描述动态的135，000摩擦，粘弹性球颗粒排水模拟离散元法（DEM）。我们发现，只有五个拟合参数（半径，体积，扩散率，漂移速度，和注射率的斑点），斑点模拟能够在很大程度上再现不仅是平均流量和扩散，但也有一些微妙的统计的流动包装，如空间速度相关性和多体结构的相关性。现场模拟运行速度超过100倍，比DEM和演示的可能性，多尺度建模的非晶材料，只要一个合适的模型可以设计为粗粒度的现场动态。
2006-02-16 cond-mat.soft
The Geometrical Structure of Disordered Sphere Packings
本文用X射线计算机断层成像研究了体积分数为0.58 ~ 0.64的单尺寸球形大填料的三维结构。我们寻找签名的组织，我们分类的地方安排，我们探索的影响，当地的几何约束的全球包装。这项研究是迄今为止在颗粒尺度上对无序堆积进行的最大和最准确的经验分析，绘制了超过140，000个球坐标。我们讨论了拓扑和几何的方式来表征和分类这些系统，并讨论了影响，当地的几何形状可以对这些无定形结构的形成机制。
2005-02-01 cond-mat.soft
Random Close Packing of Disks and Spheres in Confined Geometries
对球的随机紧密堆积的研究提高了我们对诸如液体、玻璃、乳状液、粒状介质和非晶态固体等体系的结构的认识。当这些系统受到限制时，它们的结构特性会发生变化。为了理解这些变化，我们研究随机紧密堆积在有限大小的封闭系统，在二维和三维。每个填料由50-50的二元混合物组成，粒度比为1.4。限制壁的存在显著降低了总体最大面积分数（或三维体积分数）。一个简单的模型，提出了量化的减少，由于壁诱导结构的包装。这种壁诱导结构远离壁迅速衰减，其特征长度尺度与小颗粒直径相当。
2009-03-05 cond-mat.soft
Hyperuniformity scaling of maximally random jammed packings of two-dimensional binary disks
本研究通过生成严格堵塞的二元圆盘堆积，发现尺寸比1.2至2.0产生最大随机堆积态，超均匀性标度指数在β=1.4时最大，为无序超均匀薄膜材料设计提供指导。
2024-12-14 cond-mat.soft
Predicting Defects in Soft Sphere Packings Near Jamming Using The Force Network Ensemble
非晶系统的软颗粒以上堵塞有更多的接触比所需要的实现机械平衡。因此，具有固定接触网络的颗粒系统的力网络是欠定的，并且可以表征为力网络集合空间内的随机实例化。在这项工作中，我们表明，通过检查允许的力网络的这个空间的边界，缺陷接触，这是不必要的系统的稳定性，可以唯一地确定。我们进一步表明，在附近的干扰限制，这种识别几乎总是正确的和缺陷的接触下的系统的解压缩被打破。
2021-09-07 cond-mat.soft
The random packing density of nearly spherical particles
获得随机组装体的宏观性质（如密度）与其组成颗粒的微观性质（如形状）之间的一般关系是非晶材料研究中的一个基本挑战。通过利用现有的球形颗粒的随机堆积的理解，我们估计所有足够的球形形状的随机堆积密度。我们的方法使用的合奏的随机包装配置的领域作为一个参考点的微扰计算，我们进行线性顺序的变形。一个完全解析的计算表明，所有足够球形的形状都比球体更致密。此外，我们使用球体的模拟数据来计算非球形粒子的数值估计，并将这些估计与模拟进行比较。
2016-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universality of jamming of non-spherical particles
非球形颗粒（如椭球体和球柱体）的无定形堆积是实体的：颗粒之间的机械接触的数量小于自由度的数量，因此违反了麦克斯韦的机械稳定性准则。在这项工作中，我们提出了一个普遍的理论，实体无定形填料和相关的堵塞过渡。首先，我们表明，许多系统属于同一个普适类。作为一个例子，我们明确映射到一个系统的椭圆“呼吸”粒子。我们表明，通过使用一个边际稳定的参数，在这两种情况下，堵塞的包装是hypostatic的，并且与接触数和振动态密度的临界指数是相同的。此外，我们引入了一个广义的感知器模型，可以解析地解决的副本方法。该解析解预测了同一实体干扰普适类的临界指数。分析还表明，实体干扰的力和间隙分布不符合幂律分布，与球形粒子的均衡干扰形成鲜明对比。最后，我们通过数值模拟证实了我们的理论预测。
2018-11-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Random packing in three dimensions
本文提出将三维随机堆积视为最接近淬火泊松随机点场的球体，通过新算法发现ϕ_J≈0.65处的潜热现象及堵塞转变，为随机堆积定义和无定形材料研究提供新视角。
2023-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elastogranularity in Binary Granular Mixtures
挫折出现在一个广泛的物理系统中，其中限制（几何）或存在的扰动（运动学）阻止平衡到最低能量状态。通过改变周围的缓慢伸长的弹性颗粒阵列的直径比和包装分数，我们的特点所产生的弹性颗粒的相互作用发生在一个过渡，无定形介质。对于低数密度填料制备中到大的双分散性，我们发现临界注入弧长引起干扰遵循相同的比例律在单分散阵列中观察到。在堵塞点之外，可以看到，当在更类似流体的介质中变形时，弹性体在具有逐渐变大的直径比的填料内朝向预期的形状释放其弯曲能量。
2019-11-26 cond-mat.soft
Methods for Creation and Linear Elastic Response Analysis of Packings of Semi-flexible Soft Polymer Chains
本文提出将软球模型扩展为链球模型，以研究半柔性聚合物链堆积的物理性质，包括剪切稳定化、堵塞分类和弹性分析，有望推动玻璃研究新发现。
2024-03-14 cond-mat.soft
A jamming plane of sphere packings
由于其在软物质如液体、玻璃、胶体、泡沫和颗粒物质中的广泛相关性，以及其与球填充问题和最优化问题的深刻联系，干扰的概念引起了极大的研究兴趣。在这里，我们表明，无摩擦球的非晶堵塞状态的域可以显着地扩展，从众所周知的堵塞点在一个固定的密度，一个堵塞平面，跨越密度和剪切应变轴。我们探索的干扰飞机，通过压缩和剪切干扰的非热和热模拟，与一个有效的交换算法的帮助下，准备初始平衡配置。根据干扰机从初始构形到干扰的路径可逆性，将干扰机分为可逆干扰和不可逆干扰两种状态。我们的研究结果表明，不可逆的干扰行为反映了从亚稳玻璃盆地的初始配置所属的逃逸，或没有这样的盆地。所有的堵塞状态，无论是压缩或剪切堵塞，都是均衡的，并表现出相同普适性等级的堵塞临界性。然而，各向异性的接触网络的非平凡地依赖于堵塞密度和应变。在干扰平面上的所有状态点中，该干扰点是唯一的，具有最小的干扰密度和最大的随机性。对于格状填充，堵塞面收缩成一条剪切堵塞线，与初始构型无关。我们的研究为解决长期存在的随机密排问题铺平了道路，并提供了一个更完整的框架来理解干扰。
2021-03-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Characterization of Void Space, Large-Scale Structure, and Transport Properties of Maximally Random Jammed Packings of Superballs
颗粒的致密无序堆积是物质、生物系统、粒状介质和胶体系统的低温无定形相的有用模型。非球形颗粒的密堆积的研究使人们能够确定旋转自由度如何影响堆积行为。在这里，我们研究超级球，一个大家庭的变形的领域，定义在三维空间的$|x_1|^{2p}+|x_2|^{2p}+|x_3|^{2p}\leq1$，其中$p>0$是一个变形参数，表示到什么程度的形状偏离一个领域。随着$p$从球点（$p=1$）增加，超级球达到立方对称，当$p<1$。超级球填料的先前表征已经表明，它们具有最大随机堵塞（MRJ）状态，其性质（例如，填充分数$ϕ$）随着$p$偏离1而非解析地变化。在这里，我们使用事件驱动的分子动力学算法产生MRJ超级球包装。我们通过研究它们的结构因子和谱密度的小$Q$行为来表征它们的大尺度结构，这表明这些填充是有效的超均匀的。我们表明，平均宽度$\bar{w}$是一个有用的长度尺度，使距离无量纲，以系统地比较不同形状的超级球。我们还计算了互补的累积孔径分布$F(δ)$，发现孔径随着$|1-p|$的增加而减小。从$F(δ)$，我们估计的流体渗透性，平均存活时间，和主要的扩散松弛时间的填料。此外，我们计算了扩散的可展性，发现长时间的幂律标度表明这些填充是超均匀的。我们的研究结果可以用来帮助通知颗粒材料的设计与目标密度和运输性能。
2022-05-06 cond-mat.soft
Unifying size-topology relations in random packings of dry adhesive polydisperse spheres
通过几何镶嵌法研究了具有高斯和对数正态分布的干胶型多分散微球的随机堆积中的尺寸-拓扑关系。我们发现，对中心颗粒尺寸的邻居数的依赖总是准线性的，独立的尺寸分布，尺寸跨度或颗粒间的粘附。平均局部填充分数作为归一化的颗粒尺寸的函数，对于不同的尺寸方差回归相同的配置文件，增长到较大的值作为相对强度的粘附力降低。对于局部配位数-粒度分布，所有粘附性颗粒的局部配位数-粒度分布收敛于一条曲线上，而对于非粘附性颗粒的局部配位数-粒度分布则逐渐转移到另一条曲线上。这种粘附诱导的尺寸拓扑关系的理论解释由修改后的几何“granocentric”模型，其中的模型参数是依赖于一个无量纲的粘附数。我们的研究结果，连同修改后的理论，提供了一个更统一的视角上的大量的几何形状的无定形多分散系统，特别是那些相当松散的结构。
2018-10-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Can the packing efficiency of binary hard spheres explain the glass-forming ability of bulk metallic glasses?
我们进行分子动力学模拟压缩二元硬球堵塞包装作为压缩率$R$，尺寸比$α$，和小颗粒的数量分数$x_S$的函数，以确定之间的连接的玻璃形成能力（GFA）和包装效率在大块金属玻璃（BMG）。我们通过测量临界压缩率$R_c$来定义GFA，低于该压缩率，堵塞的硬球填充开始形成具有缺陷的“随机晶体”结构。我们发现，与$α\gtrsim 0.8$的系统不去混合，$R_c$强烈减少与$Δϕ_J$，作为$R_c \sim \exp(-1/Δϕ_J^2)$，其中$Δϕ_J$是在$R_c$的无定形包装和随机晶体结构的平均包装分数之间的差异。含有$α\lesssim 0.8$的体系部分解混，这促进了结晶，但我们仍然发现$R_c$和$Δϕ_J$之间有很强的相关性。我们发现，已知的金属-金属BMG发生在该地区的$α$和$x_S$参数空间的最低值的$R_c$二元硬球。我们的研究结果强调，最大限度地提高GFA在二元系统中涉及两个竞争的影响：最小化$α$，以提高包装效率，而最大化$α$，以防止分层。
2014-04-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Molecular packing, hydrogen bonding, and fast dynamics in lysozyme/trehalose/glycerol and trehalose/glycerol glasses at low hydration
众所周知，水和甘油有助于无定形蛋白质基质的结构松弛。然而，几项研究证明，它们也可能限制蛋白质的快速（$\sim$皮秒-纳秒，ps-ns）和小振幅（$\sim$皮秒）运动，这决定了它们在冻干糖混合物中的稳定性。为了确定它们如何与玻璃基质中的蛋白质和糖相互作用，从而调节它们的快速动力学，我们在低甘油和水浓度下对溶菌酶/海藻糖/甘油（LTG）和海藻糖/甘油（TG）混合物进行了分子动力学（MD）模拟。在添加甘油和/或水时，LTG和TG混合物的玻璃化转变温度T $_{\textrm{g}}$降低，玻璃的分子堆积得到改善，并且溶菌酶和海藻糖的均方位移（MSD）降低或增加，这取决于时间尺度和所考虑的温度。物种之间形成的氢键（HB）的详细分析表明，水和甘油可以通过增加它们在玻璃基质中形成的HB的总数和/或强度来抑制溶菌酶和海藻糖的快速动力学。
2017-09-30 cond-mat.soft
Nucleation in sheared granular matter
本文介绍了一个宏观颗粒球堆积结晶的实验。该系统通常被认为是热驱动原子或胶体系统的模型。循环剪切摩擦球堆积，我们观察到一个一级相变从无序到有序状态。有序状态由与无定形体共存的混合FCC和HCP对称性的微晶组成。由均质成核引发的转变克服了64.5%体积分数的障碍。成核主要由小核的溶解和核的生长组成，核的生长已经达到约10个球的临界尺寸。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ultradense Sphere Packings Derived From Disordered Stealthy Hyperuniform Ground States
本研究通过改进的集体坐标优化方案，在隐身超均匀点图案中加入软核排斥，成功生成超致密无序球堆积，显著提高最大填充率，为发现高密度无序超均匀两相材料提供了新途径。
2025-04-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.comp-ph
Unified phase diagram of reversible-irreversible, jamming and yielding transitions in cyclically sheared soft sphere packings
自组织，从可逆到不可逆的行为，相互作用的粒子组件驱动的外部施加的应力或变形的转变是在理解软物质的各种现象的兴趣。他们已经在广泛的系统中进行了研究，如胶体悬浮液，玻璃和颗粒物质。在不同的密度和驱动机制下，这种行为与非晶态固体的屈服、堵塞和记忆形成有关。然而，\emph{etc.}还没有对这些现象如何相互关联进行大量研究。为了获得一个统一的观点的不同制度的行为，和它们之间的过渡，我们调查计算软球组件的非热循环剪切变形的响应在很宽的范围内的密度和振幅的剪切变形。循环剪切变形诱导从可逆到不可逆的行为在两个unjammed和堵塞的软球填料的过渡。远高于各向同性干扰密度（$\bf{ϕ_J}$），该转变对应于屈服。在堵塞点附近，直到更高的密度极限，我们指定为${\bf ϕ_J^{cyc}}$，在局部的\emph{absorbing}相和扩散的{ \emph不可逆}相之间出现未堵塞相。非堵塞相的出现信号的堵塞点的移位到更高的密度作为退火的结果，并打开一个窗口，剪切堵塞成为可能的无摩擦包装。在$\bf{ϕ_J}$以下，观察到两种不同的局部化状态，称为点和环可逆。我们详细地讨论了不同区域以及它们之间的过渡，得到了统一的密度-剪切振幅相图。
2019-07-19 cond-mat.soft
Random packing fraction of binary hyperspheres with small or large size difference: a geometric approach
本文利用几何方法研究了D维欧几里得空间中二元超球体的随机堆积分数，结合Onsager排除体积模型和Furnas经典理论，分别对较小和较大尺寸差异的堆积进行建模，并推导出渐近近似，证明几何理论是研究超球体堆积与非晶化的有效工具。
2025-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Non-equilibrium dynamics of the glass transition: new perspectives from colloidal hard spheres
一种新的方法，从实验数据与硬球胶体产生开创性的见解的玻璃化转变。精确测定被其邻居捕获的粒子的比例是前所未有的，并为我们的研究提供了基石。我们发现，所谓的“戏剧性放缓”，伴随着超级包装是由于相关的笼子波动，而不是笼子本身。他们的统计数据表明，笼中粒子的无定形集合体处于自组织临界状态。笼和热力学1阶冻结过渡的发病之间的隐含连接的挑战现状，因为我们的论点，动态临界无定形组件是该过渡的先决条件。
2021-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Low-energy non-linear excitations in sphere packings
我们从理论上和数值上研究如何硬无摩擦颗粒在随机包装可以重新排列。我们证明了存在两种不同的不稳定的非线性模式的重排，都与开放和关闭的接触。模式一，其密度由某个指数“π”表征，对应于贯穿整个系统的粒子运动。模式二，其密度由指数θ！对应于一些粒子的局部屈曲。模式一示出屈服在一个更高的速率比模式二时，施加应力。我们证明了接触力的分布遵循P（f）f^{min（r '，θ）}，并且如果填充不能被致密化，则进一步得到了边界γ >= 1/（2+ r'）和γ >=（1-θ）/2，其中γ表征了接触点上的对分布函数g（r）的奇异性。这些结果推广了[M. Wyart，Phys. Rev. Lett 109，125502（2012）]，其中不考虑模式二的存在。我们进行数值计算，以支持这些边界在γ \approx 0.38、θ \approx 0.17和θ' \approx 0.44时饱和。我们系统地测量了所有这些模式在包装的稳定性，并确认其边际稳定性。因此，边际稳定性的原则，允许作出明确的预测合奏的配置访问这些出平衡系统，并对接触力和对分布函数。它还揭示了需要包括在一个描述的可塑性或流动附近堵塞的激励，并提出了一个新的路径来研究二能级系统和软点在简单的非晶态固体的排斥粒子。
2013-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mixing properties of bi-disperse ellipsoid assemblies: Mean-field behaviour in a granular matter experiment
Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（弗里德里希·亚历山大埃尔朗根-纽伦堡大学）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；The Australian National University（澳大利亚国立大学）；Murdoch University（默多克大学）；The University of Sydney（悉尼大学）
本研究通过实验和理论分析，揭示了双分散椭球体堆积在颗粒物质中的平均场行为特性，提出了一种描述其分布的模型。
2026-02-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Beyond packing of hard spheres: The effects of core softness, non-additivity, intermediate-range repulsion, and many-body interactions on the glass-forming ability of bulk metallic glasses
当液体以超过临界冷却速率$R_c$的速率冷却到远低于其熔化温度时，结晶态被绕过，取而代之的是形成无定形玻璃态。$R_c$（或相应的临界铸造厚度$d_c$）表征每种材料的玻璃形成能力（GFA）。虽然二氧化硅是具有小的$R_c<10^{-2}$ K/s的优良玻璃形成剂，但纯金属和大多数合金是具有大的$R_c>10^{10}$ K/s的差的玻璃形成剂。只有在过去的三十年中，块体金属玻璃（BMG）被确定为具有接近二氧化硅的$R_c$。最近的模拟表明，硬球模型是能够识别的原子尺寸比和数量分数制度BMG存在的临界冷却速率比纯金属小13个数量级以上。然而，除了硬核相互作用之外，原子间势还有许多其他的特征。这些其他特征如何影响BMG的玻璃形成能力？我们进行分子动力学模拟，以确定如何变化的软和非加性的排斥核心和形式的原子间对潜在的中间距离影响的GFA的二元合金。原子间对势的这些变化使我们能够引入几何挫折并改变与玻璃形成竞争的晶相。我们还研究了调整多体相互作用的强度从零到全嵌入原子模型对纯金属的GFA的影响。然后，我们采用完全嵌入原子模型的二元BMG和硬核相互作用发挥主导作用，在设置合金的GFA，而其他功能的原子间势只改变GFA的一到两个数量级。
2015-09-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Correlations of plasticity in sheared glasses
在最近的一篇论文[S。Mandal等人，E 88，022129（2013）]，通过计算机模拟和实验解决了硬球玻璃中塑性的空间相关性的性质。结果发现，实验获得的相关性服从幂律，而从模拟的相关性更好地拟合指数衰减。我们在这里提供了直接的证据-通过模拟一个硬球玻璃在2D-这种差异是有限的系统尺寸在3D模拟的结果。通过将研究扩展到零温度下的二维软盘模型，强调了剪切非晶态固体中幂律衰减的鲁棒性。偏离幂律发生时，无论是减少包装分数对过冷制度的情况下，硬球或改变的耗散机制，从接触耗散的情况下，软盘的平均场型阻力。
2014-01-16 cond-mat.soft
