Universal non-Debye low-frequency vibrations in sheared amorphous solids
本文研究了具有简单剪切自由度的非晶态固体的能量最小构型。我们表明，结构玻璃形成者的振动态密度的低频制度是至关重要的敏感的配置采样的应力合奏。在二维和三维中，剪切稳定的系综显示出$D(ω_{\min}) \sim ω^{5}_{\min}$状态，与在无应变条件下观察到的$ω^{4}_{\min}$状态相反。我们还研究了一个系综的二维，应变非晶态固体附近的塑性事件。我们发现，在$γ_{P}$发生的塑性事件附近的应变$γ$的最小本征值分布，显示崩溃时，按$\sqrt{γ_P - γ}$缩放，并与粒子数为$N^{-0.22}$。值得注意的是，在低频率下，该比例分布显示出稳健的$D(ω_{\min}) \sim ω^{6}_{\min}$幂律状态，其在大的$N$极限下存活。最后，我们通过对塑性事件附近的海森矩阵的第二和第三特征值的表征，探讨了这个系综的普适性质。
2021-12-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Relation of vibrational excitations and thermal conductivity to elastic heterogeneities in disordered solids
在晶体中，分子围绕周期性晶格位置热振动。振动运动可以用声子来理解，声子携带热量并控制热量传输。在无序固体中，情况明显不同，其中振动激发不是声子，甚至可以是局域的。最近的数值计算工作建立了弹性不均匀性的概念：无序固体显示不均匀的局部力学响应。显然，弹性性质的非均匀性强烈影响振动和热性质，预计它是异常特征的起源，包括玻色子峰，振动局域化和热导率的温度依赖性。这些都是材料物理学中长期存在的关键问题，我们将在本工作中解决这些问题。我们已经考虑了一个玩具模型，通过引入越来越多的尺寸无序，能够稳定不同的物质状态。通过分子动力学模拟生成的相图包括具有空间均匀弹性模量分布的完美结晶状态、具有增加的模量不均匀性的多个缺陷相以及最终的一系列非晶态。我们已经建立了明确的非均匀局部力学响应，振动状态和热导率之间的相关性。我们提供的证据表明，弹性不均匀性控制振动和热性能，是一个关键的概念，以了解无序固体的异常令人费解的功能。
2016-10-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Growing timescales and lengthscales characterizing vibrations of amorphous solids
结晶固体的低温性质可以用完美晶格周围的谐波微扰来理解，如德拜理论。然而，非晶态固体的低温性质强烈地偏离这些描述，显示出增强的传输、跨越能量势垒的激活的慢动力学、相对于德拜理论的过量振动模式（即，玻色子峰），以及对小的机械变形的复杂的不可逆响应。这些实验观察间接表明，非晶态固体的动力学在低温下变得异常。在这里，我们提出了直接的数值证据，振动改变性质在一个明确的位置内的玻璃相的一个简单的玻璃成型机。我们提供了一个真实的空间描述这种转变和快速增长的时间和长度尺度，伴随it.We的研究结果提供了种子的低温玻璃异常的理论框架内最近发现的加德纳相变的普遍理解。
2016-05-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Rheo-acoustic gels: Tuning mechanical and flow properties of colloidal gels with ultrasonic vibrations
胶体凝胶，其中纳米级颗粒聚集成弹性但脆弱的网络，是结合特定光学，电学和机械性能的材料的核心。由于外部刺激，实时定制胶体凝胶的粘弹性特征目前似乎是“智能”软材料设计中的一个主要挑战。在这里，我们介绍“流变声学”凝胶，一类材料，是敏感的超声波振动。通过使用流变学和结构表征的组合，我们的证据和量化的三个广泛不同的胶体凝胶提交超声波振动（亚微米振幅和频率20-500 kHz）的强烈软化。这种软化归因于凝胶网络内的微米级裂纹，一旦关闭振动，根据声强度，这些裂纹可能会或可能不会完全愈合。超声振动进一步显示出显着降低凝胶屈服应力和加速剪切诱导流化。超声波辅助流化动力学似乎是由一个有效的温度，取决于声强度。我们的工作开辟了一条道路，通过超声振动的弹性和流动性能的全面控制，以及未来的理论和数值模拟这样的流变声学凝胶。
2020-02-12 cond-mat.soft
Variability of mesoscopic mechanical disorder in disordered solids
对固体（无序晶体或玻璃态固体）中的机械无序进行量化，并了解其可变性范围是至关重要的，例如~来发现结构-性质关系。无序固体中机械波动程度的界限以及这些波动如何依赖于固体形成历史仍然是未知的。在这里，我们研究了一个广泛适用的量化介观机械无序$χ$，定义通过无量纲波动的剪切模量，在各种各样的无序计算机固体和不同的控制参数。$χ$与无序固体的基本性质密切相关，例如弹性常数和塑性变形能力，并且可以通过波衰减测量实验地提取。我们发现，各种各样的自组织玻璃状固体，其中无序是一个新兴的属性，似乎满足$χ$的通用下限。另一方面，我们表明，$χ$是无界的，从上面，并可能在系统驱动的关键unjamming点。这些结果突出了无序固体的基本性质，并为系统地量化不同系统的机械无序奠定了基础。
2023-01-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anharmonicity and quasi-localization of the excess low-frequency vibrations in jammed solids
我们比较了通过排斥，有限程势相互作用的无摩擦球的三维堵塞包装的振动模式的谐波和非谐波特性。在态密度、扩散率和模的参与率中存在明显的交叉频率。在该频率下，其在干扰阈值处变为零，振动模式具有非常小的参与比，这意味着模式是准本地化的。大多数非谐模式发生在低频，这与晶体中通常发现的情况相反。最低频率模式对压力的响应最强，对机械故障的能量障碍最低。
2009-09-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Vibrations in jammed solids: Beyond linear response
我们提出了一个“相图”的颗粒系统，通过纯粹的排斥接触力，如颗粒介质和胶体悬浮液相互作用。我们确定和表征两个不同的类的行为作为一个功能的输入动能每自由度$T_0$和包装分数偏差以上和以下的干扰发病$Δϕ=ϕ- ϕ_J$使用纯排斥摩擦磁盘的数值模拟。等配位固体（ICS）仅在$Δϕ> Δϕ_c(T_0)$堵塞以上出现;它们具有等于机械稳定填料所需的等静压值（$< z> = z_{\rm iso}$）的平均配位数。ICS显示谐波振动响应，其中来自速度自相关函数的傅立叶变换的振动模式的密度是在$T_0=0$处评估的动力学矩阵的本征频率$ω_k^d$处的一组尖峰。次配位固体（HCS）在由$Δϕ> Δϕ^*_-(T_0)$、$Δϕ< Δϕ^*_+(T_0)$和$Δϕ> Δϕ_{cb}(T_0)$定义的区域内的堵塞开始的上方和下方都出现。在该区域，颗粒间接触网络随$< z> \approx z_{\rm iso}/2$波动，但不发生破笼颗粒重排。HCS振动响应是非谐波的，{ \it}即振动模式$D(ω)$的密度不是在$ω_k^d$处的尖峰的集合，并且其精确形式取决于测量方法。对于$Δϕ> Δϕ_{cb}(T_0)$和$Δϕ< Δϕ^*_{-}(T_0)$，系统表现为硬颗粒液体。
2013-07-01 cond-mat.soft
Vibrational spectrum derived from the local mechanical response in disordered solids
玻璃的低频振动明显不同于晶体的低频振动。这些振动最近被分为两种类型：空间扩展振动，其振动态密度（vDOS）遵循非德拜二次定律，和准定域振动（QLVs），其vDOS遵循四次定律。前者是由弹性理论解释的淬火无序和微观复制理论作为一个结果的弹性不稳定性，但后者的起源仍然是有争议的。在这里，我们表明，后者也可以直接从弹性理论与淬火无序。我们发现了该理论包含的另一种弹性不稳定性，但迄今为止一直被忽视，即系统对局部偶极力的不稳定性。这种不稳定性产生了额外的贡献的vDOS，和空间结构和能量的模式源自这种不稳定性是一致的QLV。最后，我们构建了一个模型，其中的vDOS的额外贡献遵循四次定律。
2019-07-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Friction and slip at solid/liquid interface in vibrational systems
采用分子动力学模拟研究了原子级光滑固/水界面的摩擦滑移及其对能量耗散和动量传递的影响。通过修改表面化学，我们调查之间的关系滑动和振动固体的亲水性和疏水性表面的机械响应。我们发现的物理现象，出现在高频率，并有显着的贡献能量耗散。一个新的分析模型来描述谐振器的机械响应，在这种高频率制度，这是相关的应用，如基于MEMS的生物传感器。我们发现滑移长度与阻尼率漂移与共振频率漂移之比之间存在线性关系，这为从实验中获得滑移长度信息提供了一种新的途径。
2016-08-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Excitation of vibrational soft modes in disordered systems using active oscillation
我们提出了一种新的方法来表征固体中粒子振动的空间分布，与通常的简正模分析相比，具有更低的计算成本。在二维无热阻塞系统中，通过对每个粒子的大小施加一个小振幅的主动振荡，以相同的驱动频率激发特定的振动模式。然后获得作为粒子的实时位移的响应。我们显示出显着的实时位移和传统的正常模式分析得到的特征向量之间的相关性。更重要的是，从这些实时位移中，我们可以测量粒子振动的参与率和空间偏振。从这些测量中，我们发现三个不同的频率制度，其特征的空间分布和相关的颗粒的振动堵塞非晶态固体。此外，我们可以将这种方法应用到一个更大的系统中，以更高的频率空间分辨率来研究非晶态固体的低频行为。
2016-05-22 cond-mat.soft
Friction weakening by mechanical vibrations: a velocity-controlled process
振动引起的摩擦减弱在70年代首次被用来解释不寻常的断层滑动和地震，撞击坑坍塌时的低粘度，或斯特茨贝格的非凡流动性，奇特的岩石雪崩，它传播了很大的水平距离。这一机制被进一步援引来解释地震或异常大的滑坡或火山碎屑流的远程触发。最近的实验和理论工作指出，振动速度的关键参数，支配剪切颗粒介质中的摩擦弱化。在这里，我们表明，颗粒的流动性是不是强制性的，振动速度管颗粒和固体摩擦弱化。控制从粘滑运动到连续滑动的转变的速度阈值具有相同的数量级，即每秒一百微米。它与接触表面处的粗糙度分布有关。
2018-03-19 cond-mat.soft physics.geo-ph
Structural, mechanical, and vibrational properties of particulate physical gels
我们的生活被各种各样的无序材料包围着。特别是，玻璃是众所周知的致密，无定形材料，而凝胶存在于低密度，无序状态。最近的进展提供了一个重要的一步，在理解玻璃的材料性能，如机械，振动和传输性能。相比之下，我们对颗粒物理凝胶的了解仍然非常有限。在这里，使用分子动力学模拟，我们研究了一个简单的模型的颗粒物理凝胶，Lennard-Jones（LJ）凝胶，并提供了一个全面的了解其结构，机械和振动特性，所有这些都是显着不同的玻璃。首先，LJ凝胶显示出稀疏的、不均匀的结构，并且结构的长度尺度$ξ_s$随着密度的降低而增长。第二，凝胶非常软，剪切$G$模量和体积$K$模量都比玻璃小几个数量级。第三，许多低频振动模式被激发，其在振动态密度中形成具有起始频率$ω_\ast$的特征平台。分别用$ξ_s$、$G$、$K$和$ω_\ast$表征的结构、机械和振动性质显示出与密度的幂律标度行为，这在它们之间建立了密切的关系。在整个本工作中，我们揭示了凝胶是多尺度的，固态材料：（i）均匀的弹性体在长的长度，（ii）异质弹性体的分形结构在中间的长度，和（iii）无定形结构体在短的长度。
2021-09-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
On the mechanical beta relaxation in glass and its relation to the double-peak phenomenon in impulse excited vibration at high temperatures
本文建立了一个粘弹性模型，揭示了玻璃的α-β弛豫与脉冲激振实验中双峰现象的关系。在模型中，势能景观（PEL）图片的正常模式分析（NMA）被用来描述机械α和β松弛在玻璃材料。该模型表明，当β弛豫峰的频率接近试件的固有频率时，小的β弛豫可导致明显的双峰现象。理论预测得到了氟硅酸盐玻璃梁在跨中脉冲激励下的声频谱的验证。此外，实验结果表明氟硅酸盐玻璃S-FSL 5中的β弛豫频率的负温度依赖性，这可以基于液体状区域中的碎片化氧化物网络补丁的物理图像来解释。
2020-01-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
The anomalous density of states and quasi-localized vibration through homogeneous thermalization of an inhomogeneous elastic system
本研究从准平衡条件出发，通过解析证明非均匀弹性系统的均匀热化可解释非晶态固体低频VDOS的ω⁴反常及高频向德拜ω²定律的转变，为该现象提供了基础物理层面的解释。
2025-01-19 cond-mat.soft
Three-dimensional vibrations of multilayered hollow spheres submerged in a complex fluid
本文研究了弹性多层空心球与外部非牛顿流体介质相互作用时的固有自由振动。流体被假定为可压缩的线性粘弹性模型的剪切和压缩松弛过程占其特征。对于小振幅振动，粘弹性流体的方程可以线性化，然后通过引入适当的势函数来求解。假设固体表现出特定的材料各向异性，即球形各向同性，其包括作为特殊情况的材料各向同性。各向异性固体的方程求解球坐标系中使用的状态空间的形式主义，最终建立两个独立的传输关系相关联的状态矢量在最内层的表面与那些在最外层表面的多层空心球。通过在流固界面处施加连续性条件，导出了两个独立的解析特征方程，它们表征了两类独立的振动。最后通过数值算例验证了理论推导的正确性，并研究了流体粘性和可压缩性、流体粘弹性、固体各向异性和表面效应以及固体固有阻尼等因素对水下空心球振动特性的影响。特别是，我们的理论预测的振动频率和品质因数的固有阻尼浸在水中的金纳米球同意非常好的实验测量结果。报告的解析解是真正的，完全三维的，从纯粹的径向呼吸模式，扭转模式，任何一般的球形模式。
2021-07-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Vibrational density of states and specific heat in glasses from random matrix theory
玻璃的低温性能与结晶物质存在重要差异。特别是，像德拜模型这样的模型，假设存在一个基本的规则晶格，预测固体的比热在低温下随温度的立方而变化。至少自20世纪70年代以来，一个公认的实验事实是，玻璃的比热在$T$中在$T \sim 1K$处恰好是线性的，并且当用$T^{3}$归一化时呈现出明显的峰，称为玻色子峰。在这里，我们提出了一种新的方法，这表明振动光谱的随机矩阵部分的影响的非晶态固体的振动和热性质。该模型也能够再现，第一次，实验观察到的玻色子峰之间的反比在比热和剪切模量。
2023-01-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Disorder-induced vibrational anomalies from crystalline to amorphous solids
玻色子峰是玻色子态密度超过德拜模型的一种现象，玻色子峰的起源至今仍有很大争议，其中一些理论和实验认为玻色子峰与van-Hove奇点有关。在这里，我们表明，玻色子峰和范霍夫奇点分离的身份，通过测量的振动密度的状态的二维颗粒系统，包装逐渐从晶体，多晶，和非晶材料的调整。我们观察到在多晶体中存在分离良好的玻色子峰和van-Hove奇异点，其中van-Hove奇异点逐渐向高频移动，同时形状变宽，当结构无序度$η$足够高时，van-Hove奇异点完全消失.通过对强无序系统（$η=1$）和无序颗粒晶体（$η=0$）以及$η$介于两者之间的中间无序系统的分析，发现玻色子峰与剪切模量$δG/\langle G \rangle$的空间不相关随机涨落有关，而van-Hove奇异性的涂抹与剪切模量$δG/\langle G \rangle$的空间相关涨落有关。
2021-04-27 cond-mat.soft
Structural heterogeneity and its role in determining properties of disordered solids
基于能量均分的考虑，我们从正常振动模式出发构造了一个新的序参量，用以量化无序固体中的结构不均匀性。序参量与低温单粒子动力学和局域结构熵具有很强的空间相关性。为了表征粒子的作用与最有缺陷的局部结构确定的序参量，我们钉扎它们，并研究无序固体的性能如何响应钉扎。事实证明，这些粒子是负责准定域低频振动，不稳定性，软化，和非亲和无序固体。
2014-02-14 cond-mat.soft
Estimation of the mechanical properties of the eye through the study of its vibrational modes
在体内和微创技术下测量眼睛的机械性能是许多眼部疾病个性化解决方案的关键。这种技术的发展在很大程度上依赖于眼球的计算建模，并且最佳地需要实验和数值模拟之间的协同相互作用。在天体物理学和地球物理学中，对各自领域系统的结构特性的远程测量是在（太阳）地震技术的基础上进行的。眼球作为一个生物力学系统，其固有振动模式包含了丰富的结构和力学特性信息。然而，眼球振动模式的积分分析尚未进行。在这里，我们开发了一种新的有限差分方法来计算的球体，特别是，环形的人眼的本征频率。使用这个数值模型，我们表明，人眼的振动本征频率落在区间100 Hz - 10 MHz。我们发现，可压缩的振动模式可以释放的痕迹上的高频率的眼压变化，而不可压缩的正常模式可以注册分析的散射图案，玻璃体液的运动留在视网膜上。现有的具有以高采样频率工作的嵌入式设备的隐形眼镜可以用于记录我们获得的眼球形状的微波动。我们提出了一个逆问题，以获得一个给定的眼睛的机械性能（例如，杨氏模量、泊松比）测量其固有频率是可行的。这些测量可以使用非侵入性技术完成，为估计体内眼睛的机械特性打开了非常有趣的视角。未来的研究可能会涉及各种眼部病理与异常测量振动频率的眼睛。
2017-12-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.med-ph
Universal origin of boson peak vibrational anomalies in ordered crystals and in amorphous materials
在低能区，有序和无定形固体的振动光谱控制着材料的热性质和输运性质，从热容到热传导，电子-声子耦合，常规超导性等。旧的德拜模型在低能下的振动光谱给出了与频率平方成比例的振动态密度（VDOS），但是在许多材料中，光谱偏离该定律，这导致在通过频率平方归一化VDOS时出现峰值，其被称为“玻色子峰值”。从第一性原理出发，介绍了固体（晶体和玻璃）的VDOS。没有使用任何假设的存在和性质的“无序”的材料，它表明，玻色子峰在VDOS的有序晶体和玻璃自然产生的弹性模式传播和粘性阻尼之间的竞争。该理论解释了最近在完全有序晶体中观察到的玻色子峰，这是以前的理论框架无法解释的。该理论还首次解释了振动光谱如何随固体的原子密度而变化，并解释了最近对这种效应的实验观察。
2019-03-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Random quench predicts universal properties of amorphous solids
非晶态固体在其力学、结构和响应方面显示出许多普遍的特征。目前的模型假设中尺度弹性性质的异质性，但需要微调，以定量解释振动特性。一个完整的模型应该通过淬火过程的模型，从最初的无结构介质中推导出弹性不均匀性的大小和特征，在淬火过程中，温度迅速降低，固体形成。在这里，我们提出了一个淬火场理论模型，并计算结构，机械和振动观测任意尺寸$d$。这使我们能够将非晶态固体的性质与初始介质的性质以及淬火的性质联系起来。我们表明，以前的平均场结果被我们的分析和统一的空间波动的弹性模量，长程相关的固有状态应力，普遍的振动异常，和本地化模式到一个画面。
2021-12-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Buckling Metamaterials for Extreme Vibration Damping
在越来越多的应用中，阻尼机械共振是一项艰巨的挑战。许多被动阻尼方法依赖于使用低刚度耗散元件、复杂的机械结构或电气系统，而主动振动阻尼系统通常会增加额外的复杂性。然而，在许多情况下，降低的刚度或额外的复杂性和质量使得这些振动阻尼方法不可行。在这里，我们介绍了一种被动减振方法，允许屈曲的主要负载路径，它设置了一个上限的振动传输：传输的加速度饱和在最大值，无论输入加速度是什么。这种非线性机制导致我们的金属超材料的极端阻尼系数tan δ ~0.23|比传统轻质结构材料的线性阻尼大几个数量级。我们证明了这一原则的实验和数值计算在独立的橡胶和金属机械超材料在一系列的加速度，并表明，双向屈曲可以进一步提高其性能。屈曲超材料为极端振动阻尼铺平了道路，而没有质量或刚度损失，因此可以应用于许多高科技应用，包括航空航天结构，车辆和敏感仪器。
2023-02-23 cond-mat.soft physics.app-ph
Effect of molecular constraints on vibrational and quasilocalized excitations in glasses
Institute for Theoretical Physics, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学理论物理研究所）
本研究对比了分子玻璃与同相互作用势、同制备方案的原子型玻璃的振动等性质，揭示了刚性分子约束对玻璃力学和振动特性的影响，为相关研究提供了新认知。
2026-08-21 cond-mat.soft
Using the Sub-Glass Transition Vibrational Dynamics to Predict Protein Stability in the Solid State: Fact or Fiction?
与亚玻璃化转变温度（$T_{\text{g},β}$）相关的$β$ -弛豫归因于在低于初级玻璃化转变温度（$T_{gα}$）时可能发生的快速、局部分子运动。尽管$T_{\text{g},β}$在远低于储存温度下被观察到，但是已经假设与$β$ -松弛相关的运动影响固态的蛋白质稳定性，并且因此可能影响例如用于吸入或重构和注射的蛋白质粉末的质量。然而，迄今为止，在文献中没有回答以下问题的全面解释：蛋白质在储存期间的稳定性如何受到$β$ -松弛的影响？在这里，我们将势能面（PES）的形状与我们自己的（储存）稳定性研究中获得的数据联系起来，以回答这个问题。对选定的多组分单克隆抗体（mAb）制剂进行了52周稳定性研究。使用太赫兹时域光谱（THz-TDS）和动态力学分析（DMA）探测制剂的固态动力学。
2019-11-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Vibrational Instability due to Coherent Tunneling of Electrons
研究了单电子晶体管两引线间量子点的机械振动与量子点中电子通过单能级的相干隧穿之间的耦合效应。我们已经发现，超过一定的临界值的偏置电压的动态不稳定性发生和机械振动的点发展成一个稳定的极限环。计算了这种晶体管的电流-电压特性，它们似乎与Park等人最近对单$C_{60}$分子晶体管的实验结果相当吻合。（Nature { \bf 407，}（2000）57）。
2002-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Mechanical memories in solids, from disorder to design
本文回顾了固体力学记忆研究，从非晶固体变形记忆与粒子重排模型出发，拓展到更广的固体和玻璃态物质，并指出其为力学超材料中的记忆与物理计算以及材料功能设计提供基础。
2024-06-21 cond-mat.soft nlin.AO
Geometric Theory of Mechanical Screening in two-dimensional solids
本文提出了一种针对广义固体中应力屏蔽的几何理论，揭示了局部应力松弛模式的四极子本质，并指出六角相可由力学性质定义且可能存在于非晶材料中。
2023-01-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
