Mean-field model for the density of states of jammed soft spheres
本文提出了一类软球系统均衡相变的平均场模型，其中接触网络被建模为随机图，每个接触都与$d$自由度相关联.我们研究这样的模型在实体，均衡，超静定的制度。用腔方法和动力学矩阵的精确对角化计算了态密度。我们表明，该模型正确地再现了真实包装的状态密度的主要特征，而且，它预测的本地化模式附近的较低的带边的存在。最后，研究了超静定态下$ω\to 0$的态密度$D(ω)\simω^α$的行为。我们发现，该模型预测一个非平凡的依赖$α$的协调分布的细节。
2018-06-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Direct determination of the size of basins of attraction of jammed solids
我们提出了一种基于自由能的Monte-Carlo方法来测量位形空间中势能盆的体积。使用这种方法，我们可以估计不同的势能最小值的数量，即使这个数量太大而无法直接采样。我们验证我们的方法，通过比较我们的结果与直接枚举的不同的堵塞状态的小包装的无摩擦球。我们发现，不同的包装的熵是广泛的，不同的硬球包装的熵必须有一个最大值作为包装分数的函数。
2011-06-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Rigidity Loss in Disordered Systems: Three Scenarios
我们揭示了三种类型的无序网络材料的刚性过渡的显着质的差异：随机稀释的弹簧网络，堵塞的球体填料，和应力缓解网络，使用的协议，避免出现软盘区域稀释。堵塞和应力释放网络的边缘状态是全局均衡的，而边缘随机稀释网络既有过约束区域，也有欠约束区域。当在这些均衡系统中添加或移除单个键时，堵塞的网络变得全局过约束或松弛，而对应力消除的网络的影响则更加局部和有限。这些差异也反映在线性弹性性质，并指出全球自组织的高度有效和不寻常的作用，在堵塞的球体包装。
2015-04-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A random matrix model for the density of states of jammed soft spheres with applied stress
研究向Parisi随机块矩阵模型引入施加应力对软球阻塞点附近Hessian矩阵的影响，发现无穷维下应力使谱分布平移并改变态密度峰值。
2024-05-29 cond-mat.dis-nn
Percolation of disordered jammed sphere packings
我们确定的网站和债券的逾渗阈值的无序堵塞球包装系统的最大随机堵塞状态，由Torquato-Jiao算法产生的。对于站点阈值，它给出了导电与非导电的领域所需的渗流的分数，我们发现$p_c = 0.3116(3)$，与鲍威尔$0.310(5)$的1979年的值一致，并在误差范围内相同的简单立方晶格的阈值，0.311608，它共享相同的平均配位数6。就体积分数$φ$而言，阈值对应于临界值$φ_c = 0.199$。对于键阈值，这显然是没有测量之前，我们发现$p_c = 0.2424(3)$。为了找到这些阈值，我们考虑了两个形状相关的普适比率，涉及最大集群的大小，大小的波动和大小分布的二阶矩;我们还通过研究具有类似立方边界的简单立方晶格来确认比率的普适性。结果是适用于许多问题，包括在随机混合物中的导电性，玻璃的形成，和药物片剂中的载药量。
2016-11-01 cond-mat.dis-nn
Entropy of jammed matter
我们研究摩擦球无序堆积的随机性。我们计算的熵的三维包装通过力和体积合奏堵塞的物质，介观系综和数值模拟使用体积涨落分析和图论方法。得到了表征堵塞物不同状态的熵、体积分数和压实度的状态方程。在介观层次上，熵在随机紧密堆积时为零。堵塞系统的熵揭示了随机松散包装比随机紧密包装更无序，允许对这两个极限进行明确的解释。
2009-05-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
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
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
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
Marginal stability in jammed packings: quasicontacts and weak contacts
最大随机干扰（MRJ）球包装是一个典型的例子，一个系统自然平衡在欠约束和过约束之间的边缘。这种边缘稳定性传统上被理解为均衡性，机械接触的数量和自由度的数量相等。准接触，即将接触的成对球体，与静态稳定性无关，但当考虑动态稳定性时，它们起作用，接触力的分布也是如此。我们表明，边际动力稳定性的影响，表现在准接触和弱接触的分布，是相应的和非平凡的。我们首先研究这些想法的背景下MRJ包装的d维领域，在那里我们表明，丰富的准接触增长速度比接触。我们重新审视了Jin等人（Phys. Rev. E 82，051126，2010）的计算，其中准接触最初被忽略，我们探讨了它们包含在计算中的影响。这种分析产生了估计的堆积密度在高维的渐近行为。我们认为，这一估计应被重新解释为一个下限。后一部分的文件是专门的布拉维晶格填料，拥有最少的接触，以保持机械稳定性。我们表明，准接触发挥更重要的作用，在这些包装。我们还表明，拥挤的晶格是一个有用的设置研究爱德华兹合奏，每个机械稳定的配置平等的重量，不占动态。该分析未能预测近零接触力$P(f)\sim f^θ$的幂律分布。
2014-08-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
A Linear Programming Algorithm to Test for Jamming in Hard-Sphere Packings
硬颗粒填料的堵塞问题是近年来人们十分感兴趣的问题。在Torquato和Stillinger的论文[J. Phys. Chem. B，105（2001）]中，提出了将堵塞填料分类为局部堵塞构型、集体堵塞构型和严格堵塞构型的分级分类方案。他们建议，这些干扰类别可以使用数值算法进行测试，该算法分析了施加位移下的填料的等效接触网络，但将此类算法的设计作为未来的任务。在这项工作中，我们提出了一个严格和有效的算法来评估是否硬球包装堵塞根据上述类别。该算法是基于线性规划，适用于规则以及随机填充的硬壁和周期性边界条件的有限大小。如果包装没有被卡住，该算法产生代表性的多粒子的unjamming运动。我们已经实现了这个算法，并将其应用到有序格以及随机填充的磁盘和球在周期性的边界条件。文中给出了一些有代表性的有序和无序堆积的计算结果，并展望了其应用前景。一个重要而有趣的结果是，我们测试的随机填充在三维中是严格堵塞的，而不是在二维中。在作者的网页上提供了许多交互式可视化模型。
2002-08-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
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
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
The Basins of Attraction of Soft Sphere Packings Are Not Fractal
New York University（纽约大学）
聚焦于软球堆积模型，指出常用数值方法局限性，采用CVODE求解器，证明计算研究中常用优化器破坏真实几何结构，表明软球堆积吸引盆是具有明确长度尺度的光滑结构。
2026-07-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometric and Topological Entropies of Sphere Packing
我们提出了一个统计力学描述随机包装的球形颗粒，其中的平均配位数被视为一个宏观热力学变量。整体包装熵有两个贡献：几何，反映统计权重的个别配置，和拓扑，这对应于拓扑不同的状态的数量。在二维和三维等静压填料的热力学极限下计算了它们，并将计算结果进一步推广到“松软”颗粒团簇的情况。该理论是直接适用于粘性胶体，此外，概括的概念，颗粒和玻璃状的配置熵的情况下，非堵塞系统。
2021-04-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Distribution of volumes and coordination number in jammed matter: mesoscopic ensemble
我们使用Nature 453，606（2008）中开发的介观系综研究了与单分散硬球的堵塞包装中的每个颗粒相关的体积和配位数的分布。理论预测了随机密堆积和随机松堆积的取向体积的指数分布。与计算机生成的填料的比较揭示了偏离理论预测的体积分布，这可以更好地模拟由压缩指数函数。另一方面，平均体积很好地再现了理论导致RCP和RLP的极限密度的良好预测。我们讨论了一个更精确的理论，以捕捉在其整个范围内的体积分布。现有的数据表明，一个合理的顺序/无序过渡定义随机紧密包装。最后，我们考虑一个扩展的合奏计算的协调数分布，这是一个指数和逆指数的形式，协调大于和小于平均值，分别与模拟数据的合理协议。
2010-11-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Critical assessment of the equilibrium melting-based, energy distribution theory of supercooled liquids and application to jammed systems
尽管进行了数十年的深入研究，但过冷液体在接近玻璃化转变时的非凡动力学机制仍然存在，充其量是被错误描述，最坏的情况是被误解。长期以来的努力是理解粘度随过冷的显著增加。最近，一个新的理论过冷液体已被提出，从第一原理开始，使用基本的统计力学参数，推导出一种形式的粘度，其中只包含一个单一的拟合参数在其最简单的形式。在这一点上，我们证明，这种完全相同的形式可能来自不同的起点，然后严格审查其性能。在这个过程中，我们发现，提出的功能形式适合的粘度数据的一个不同的组45液体非常好，在很宽的温度范围内，并揭示了一些有趣的相关性的单个参数与各种热力学量，最终允许从高温数据的预测低温粘度。此外，我们发现，类似的物理推理，可以用来推导出一个类似的，单参数的硬球/堵塞液体的粘度的形式。我们证明，这种形式准确地再现硬球的粘度，这表明在亚稳动力学的潜在的普遍性。
2017-01-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci 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
Assur graphs, marginally jammed packings, and reconfigurable metamaterials
等静压框架是同时具有刚性和无自应力状态的力学网络，并且是理解软物质中的相变和机械超材料设计的有力概念。在这里，我们分析均衡框架的子结构，通过将“阿苏尔图”推广到环面，并在物理系统中检查它们。我们表明，接触网络的边缘堵塞填料的方法环面阿苏尔图的热力学极限，并演示如何阿苏尔图提供了一个新的设计原理，机械超材料中的运动和应力可以传播的可重构的路径，而整个结构的刚度保持。
2022-12-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft math-ph
Disentangling the role of structure and friction in shear jamming
为了理解致密颗粒物质的力学和流动行为，并探索从流体到结构停滞或堵塞状态的转变的普遍方面，对球体的非晶填充进行了深入的研究。最近相当多的注意力集中在各向异性填充的摩擦颗粒产生的剪切变形导致剪切堵塞，这发生在以下的堵塞密度的各向同性填充的无摩擦颗粒。为了解开剪切变形引起的结构和摩擦在产生剪切干扰的作用，我们研究了剪切组件的无摩擦球计算，在很宽的密度范围内，远低于各向同性干扰点。我们证明了出现的各种几何特征的堵塞填料的剪切应变的增加。的平均接触数和接触力的分布表明存在一个阈值密度，远低于各向同性干扰点，高于该点发生质的变化，在剪切配置的干扰行为。我们表明，在这个阈值密度以上，摩擦稳定我们产生的剪切配置。因此，我们的研究结果揭示了出现的几何特征的堵塞状态的剪切变形的结果，而摩擦是有助于稳定填料在一个范围内的密度低于各向同性堵塞点。
2015-10-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Estimating random close packing in polydisperse and bidisperse hard spheres via an equilibrium model of crowding
我们发现，拥挤的流体和硬球卡住的阶段之间的类比捕获的密度依赖性的接吻数为一个家庭的数值生成的卡住的状态。我们将这种类比扩展到$d=3$维度中硬球混合物的堵塞，从而获得随机紧密堆积（RCP）体积分数，$ϕ_{\textrm{RCP}}$，作为大小多分散性的函数的估计。我们首先考虑具有离散分布的颗粒尺寸的混合物。对于二元系统，我们的预测和模拟之间的协议，使用我们自己的和以前的作品中报道的结果，以及最近的实验从文献中的协议。然后，我们将我们的方法与连续的多分散性系统，使用三种不同的粒度分布，即对数正态分布，伽玛，截断幂律分布。在所有情况下，我们观察到我们的理论研究结果和数值计算结果之间的协议相当大的多分散性的所有粒度分布，作为参考时，我们自己的模拟和结果从文献中。特别是，我们发现$ϕ_{\textrm{RCP}}$随着分布的相对标准偏差$s_σ$单调增加，并在始终低于1的值处饱和。微扰展开产生$ϕ_{\textrm{RCP}}$的封闭形式的表达式，其定量地捕获$s_σ < 0.5$的分布独立的制度。在该制度之外，我们表明，协议的逐渐损失与大小分布的偏度的增长有关。
2023-01-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A numerical investigation of the jamming transition in traffic flow on diluted planar networks
为了建立一个城市汽车交通的模型，本文通过数值模拟的方法，分析了在类似城市道路的平面随机网络中，“动力学约束”硬球流的流态之间的转换和拥挤堵塞阶段。为了探索尽可能的时间尺度，在微观层面上，我们实现了一个事件驱动的动态作为一类已经存在的模型（例如“跟随领导者”）的无限时间限制的埃尔多斯-雷尼二维图，十字路口被占标准基尔霍夫密度守恒。我们定义了一个动力学序参量作为运动球与总数的比值，通过改变两个控制参量（球的密度和网络的配位数），我们研究了相变。在介观层面上，它尊重一个，再次适当的适应，版本的莱特希尔-惠特姆模型，这属于流体动力学方法的问题。在宏观层面上，当改变球体的密度（类似城市场景中的汽车数量）时，模型似乎显示出从流体相到堵塞相的连续过渡，而当改变底层网络的连通性时，则显示出不连续的跳跃。
2009-07-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Jamming II: Edwards' statistical mechanics of random packings of hard spheres
寻找最有效的方法来包装球体的问题有着辉煌的历史，可以追溯到开普勒发现的晶体阵列和伯纳尔在60年代探索的随机几何形状。这个问题的应用范围从数学家的铅笔，颗粒材料的加工，堵塞和玻璃化转变，一直到每个杂货店的水果包装。目前有大量的实验表明，松散的方式来包装球给出了约55%的密度（RLP），而填充所有松散的空隙导致约63 - 64%的最大密度（RCP）。虽然这些数值看起来很真实，但到目前为止，还没有物理解释或理论预测。在这里，我们表明，在3d的单分散硬球的随机填充可以填充密度之间的4/（4 + 2 \sqrt 3）或53.6%和6/（6 + 2 \sqrt 3）或63.4%，定义RLP和RCP，分别。这些限制的原因来自于堵塞状态的统计图，其中RCP可以被解释为具有零压缩性的堵塞物质的系综的基态，而RLP出现在无限压缩性极限中。我们结合了一个扩展的统计力学的方法"一拉爱德华兹"（传统上发挥的作用，在热系统中的能量和温度是由体积和压实度取代）的均衡条件施加的机械稳定性的约束。最终，我们的研究结果导致一个相图，提供了一个统一的看法无序硬球包装问题。
2010-11-16 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
