Diagnosing hyperuniformity in two-dimensional disordered jammed-packings of soft spheres
超均匀性是物质的一种状态，在这种状态下，密度波动在最大的长度尺度上趋于零。然而，确定实验系统是否是超均匀的任务在实验上是具有挑战性的，由于有限的分辨率，噪声和样本大小的影响表征测量的效果。在这里，我们探讨这些问题，采用视频光学显微镜研究超均匀性现象在无序的二维堵塞包装的软球。使用实验和模拟相结合，我们的颗粒多分散性，图像噪声和有限尺寸的影响分配的超均匀性的有害影响的特征，我们开发了一种方法，允许改善诊断超均匀性从真实空间测量。这种改进的关键是一个简单的包装重建算法，结合粒子多分散性，以尽量减少自由体积。此外，仿真结果表明，超均匀性可以更准确地确定在直接空间比在倒易空间作为一个有限的样本容量的结果。最后，软聚合物球的实验胶体填料被证明是超均匀的。
2014-08-20 cond-mat.soft
Order in disordered packings with and without permutation symmetry
本文研究了无序固体堆积中盆地体积分布的规律性，发现单分散系统存在P(n)∝n^{-1}的有序性及置换对称性，并提出算法部分恢复多分散堆积中被破坏的对称性。
2024-03-23 cond-mat.soft
Denser-than-crystalline disordered polydisperse ellipse packings
University of South Florida（南佛罗里达大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本研究通过SWAP蒙特卡罗方法生成无序多分散椭圆堆积，发现特定参数下的此类堆积比完美单分散椭圆晶体更致密，为各向异性粒子的致密无序堆积研究提供了新结果。
2026-10-16 cond-mat.soft
The emergence of Airy stress function in two-dimensional disordered packings of particles
本研究针对二维无序接触颗粒堆积，构建应力概率泛函并推导出张量分量的完整方程组，揭示了Airy应力函数的涌现。
2022-12-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Exactly Solvable Disordered Sphere-Packing Model in Arbitrary-Dimension Euclidean Spaces
我们在$d$维欧氏空间$\mathbb{R}^d$中引入了一个著名的硬球随机序列加法（RSA）过程的推广。我们表明，所有的$n$粒子关联函数的非平衡模型，在一定的限制称为“鬼”RSA包装，可以得到解析所有允许的密度和在任何尺寸。这代表了第一个精确可解的任意维无序球堆积模型。幽灵RSA填充的最大密度$ϕ(\infty)=1/2^d$的事实意味着在足够高的$d$中可能存在无序球填充，其密度超过Bravais格的Minkowski下界，其主导渐近项是$1/2^d$。事实上，我们报告的密度的渐近行为是由$2^{-(0.77865...) d}$，从而提供了假定的指数改进闵可夫斯基的100岁的界限上的一个几何下界。我们的结果表明，在足够高的维度的密度堆积可能是无序的，而不是周期性的，这意味着无序的经典基态的存在，一些连续的潜力。
2006-03-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometry-mediated shear softening in dense ordered granular packings
Princeton University（普林斯顿大学）；EPFL（洛桑联邦理工学院）
通过有限元模拟，发现嵌入颗粒的孔隙几何可诱导弹性各向异性和剪切软化，使堆积表观剪切模量降低高达90%，且与接触力各向异性减小相关，为设计软颗粒超材料提供机制。
2026-06-27 cond-mat.soft
Helical Packings and Phase Transformations of Soft Spheres in Cylinders
研究了玻璃毛细管中温敏微球螺旋填料的相行为与体积分数的关系。稳定的包装与长程取向秩序似乎突然演变为无序状态的颗粒体积分数减少，与最近的硬球模拟。我们量化这种转变使用的相关性和取向的序参量psi_6的兼容性。共存的亚稳堆积，以及共存的有序和无序状态的出现，也被观察到。这些发现支持了准一维系统中类似相变行为的概念。
2010-04-02 cond-mat.soft
Emergence of zero modes in disordered solids under periodic tiling
在具有周期性边界条件的颗粒堆积的计算模型中，假设堆积在所有可能的方向上都与其自身的精确副本相连。边界的周期性要求所有粒子的图像一起移动。另一方面，无限重复的结构不一定有这种约束。因此，在周期性边界条件下的堵塞填充（或刚性弹性网络）可以具有对应的无限重复的晶格表示，其不是刚性的，或者甚至可能不在局部能量最小值处。在这篇手稿中，我们证明了这一说法，并讨论了周期性边界条件成功捕获重复结构物理学的方法以及它们的不足之处。
2022-09-04 cond-mat.soft
Confined disordered strictly jammed binary sphere packings
在约束条件下的无序堵塞填料受到的关注比它们的对应物\textit{bulk}少得多，但在各种实际情况下也会出现。在这项工作中，我们研究了限制在两个平行硬平面之间的二元球填充，并推广了Torquato-Jiao（TJ）顺序线性规划算法[Phys. Rev. E { \bf 82}，061302（2010）]，以获得推定的最大随机堵塞（MRJ）填充，其在大范围的平面分离距离$H$上精确均衡且具有高保真度，小球与大球半径比$α$和小球相对浓度$x$。我们发现，包装特性可以从他们的散装类似物，这是由于我们所谓的“约束挫折”有很大的不同。密闭包装中的响尾蛇通常比散装包装中的响尾蛇更为普遍。我们观察到，填充分数，rattler分数和MRJ填料的无序度一般增加与$H$，虽然存在例外。当$H$在$H$的某些值附近变化时，填充特性的不连续性是由于不同堵塞状态之间的相关不连续转变。我们还应用局部体积分数方差$σ_τ^2(R)$来表征约束填料，并发现这些填料具有基本上相同的水平的超均匀性作为他们的散装同行。我们的发现通常与生物学中出现的受限包装有关（例如，鸟类和昆虫的结构颜色），并可能对高密度粉末的产生和改进电池设计产生影响。
2015-12-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Methodology to Construct Large Realizations of Perfectly Hyperuniform Disordered Packings
无序超均匀堆积是两相材料中一种特殊的非晶态，具有奇异的物理性质。与普通无序材料相比，这种超均匀系统的特征在于在无限长波长处体积分数波动的异常抑制。虽然人们对非晶物质的这种奇异状态越来越感兴趣，但由于传统方法的实际限制，一个主要障碍是无法产生大的超均匀样品。为了克服这些限制，我们引入了一个一般的理论方法来构造完美的超均匀填充在$d$维欧氏空间。具体地，从满足“有界单元”条件的空间的初始一般镶嵌开始，将硬颗粒放置在每个单元内，使得单元内的填充分数变得与全局填充分数相同。我们证明了所构造的填充是完全超均匀的无限样本大小的限制和他们的超均匀性是独立的颗粒的形状，位置和数量每个细胞。我们采用两种不同类型的初始镶嵌：Voronoi以及球体镶嵌。从Voronoi曲面开始，我们证明了我们的算法可以将$\mathbb{R}^2$和$\mathbb{R}^3$中的极大非超均匀填充转化为超均匀填充.实施我们的理论方法球镶嵌，我们建立了超均匀的经典Hashin-Shtrikman多尺度涂层球结构，具有最佳的有效传输和弹性性能。此外，我们的方法的可调谐性提供了新的无序超均匀两相材料的发现的希望。
2019-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Exceptionally Dense and Resilient Polydisperse Disk Packings
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；University of Illinois, Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究多分散盘堆叠在jamming过渡中的结构和能量特性，提出新算法构建过饱和状态，发现高临界堆叠分数状态能承受显著剪切应变。
2024-02-17 cond-mat.soft
Elegance of disordered granular packings: a validation of Edwards' hypothesis
我们已经找到了一种方法来分析爱德华兹的静态颗粒填料的状态密度在圆形，刚性，无摩擦颗粒的特殊情况下，假设恒定的配位数。它获得了最熵密度的单颗粒状态，它预测了几个可观的，包括接触力的分布。我们将这些结果与颗粒填料动态模拟中获得的经验数据进行比较。该协议是相当不错的，帮助验证使用统计力学方法在颗粒物理。理论和物理学之间的差异主要与配位数有关，当经验数据按配位数排序时，我们得到了一些见解，这些见解表明了态密度的潜在优雅。
2005-04-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Disordered surface vibrations in jammed sphere packings
本文研究了由球填充引起的无序弹簧网络在自由表面附近的振动特性。在没有表面的块体系统中，很好地理解，这种系统具有向下延伸到频率标度$ω^*$的振动模式密度的平台。该频率由$ΔZ = \langle Z \rangle - 2d$控制，$ΔZ = \langle Z \rangle - 2d$是球体的平均坐标与系统的两倍空间维度$d$之间的差，其在干扰转变时消失。在自由表面的存在下，我们发现，有一个密度的无序振动模式与表面，远远低于$ω^*$延伸。这些低频表面模式的总数由$ΔZ$控制，并且它们衰减到体中的轮廓具有两个特征长度尺度，当接近干扰转变时，其发散为$ΔZ^{-1/2}$和$ΔZ^{-1}$。
2014-12-30 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
Jammed packings of 3D superellipsoids with tunable packing fraction, contact number, and ordering
本文对三维空间中无摩擦超椭球粒子的静态堆积进行了数值研究。我们认为超过$200$不同的颗粒形状，通过改变三个形状参数，定义超椭球。我们的结构和机械性能的无序和有序包装使用两个包装生成协议的特点。我们进行无热准静态压缩模拟从随机，稀配置（协议1）或热化，密集的配置（协议$2$），这使我们能够调整的包装的取向顺序。一般情况下，我们发现超椭球填料在堵塞开始时的接触数是hypostatic，与$z_J < z_{\rm iso}$，其中$z_{\rm iso} = 2d_f$和$d_f = 5$或$6$取决于颗粒是否是轴对称的。在整个范围内的取向顺序，我们发现，四次模式的填充的动力学矩阵的数量总是匹配的数量丢失的接触相对于均衡值。这一结果表明，有没有机械冗余的接触有序，但hypostatic包装的超椭球体颗粒。此外，我们发现，在堵塞的超椭球体颗粒的无序包装开始的包装分数可以使用两个颗粒形状参数，例如，非球面性$\mathcal{A}$和减少纵横比$β$的颗粒崩溃。
2019-09-26 cond-mat.soft
Vibrational similarities in jamming-unjamming of polycrystalline and disordered granular packings
通过离散元模拟发现，多晶与无序颗粒堆积体在堵塞-去堵塞循环中低频振动指数变化不同，但距堵塞密度相同距离处指数与历史无关，表明振动特征可恢复。
2025-06-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural analysis of disordered dimer packings
堵塞无序包装的非球形颗粒显示出显着的变化，作为一个函数的颗粒形状的包装密度为一个给定的包装协议。旋转对称的细长形状，例如椭圆体、球柱体和二聚体，例如，在窄的纵横比范围内，堆积比球体显著致密，在纵横比为$α_{\rm max}\approx 1.4-1.5$时表现出特征峰。然而，这种非单调行为的基础上的结构特征的堆积密度是未知的。在这里，我们研究无序包装的无摩擦二聚体在三维产生的重力倾倒协议LAMMPS。专注于接触的特性以及取向和平移顺序度量，我们确定了一些结构特征，伴随着形成最大密度的包装作为二聚体纵横比$α$是不同的球形极限。我们的研究结果强调，二聚体包装进行显着的结构变化，$α$增加到$α_{\rm max}$表现在相邻的二聚体之间的接触配置的重组，增加的顺序，并减少当地的翻译顺序。值得注意的是，对于$α>α_{\rm max}$，我们的指标基本上保持不变，表明堆积密度的峰值与$α<α_{\rm max}$的结构重排的相互作用有关，并且随后排除了$α>α_{\rm max}$结构不变的体积效应。
2021-11-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Diffusive transport of light in a two-dimensional disordered packing of disks: Analytical approach to transport-mean-free path
我们研究光子在二维随机堆积的单分散磁盘作为一个简单的模型，粒状介质和湿泡沫的扩散。我们假设圆盘的强度反射率是一个常数。我们提出了一个解析表达式的传输平均自由程的光的速度在磁盘和主机介质，半径和磁盘的包装分数，和强度反射率。对于浸在空气或水中的玻璃珠，我们估计的平均自由程约为实验的一半。对于浸泡在水中的气泡，输运平均自由程是模型湿泡沫中液体体积分数的反函数。这抛出新的光的经验法则维拉等。al，并促进更现实的模型。
2008-09-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Origin of Non-cubic Scaling Law in Disordered Granular Packing
最近的金属玻璃衍射实验揭示了密度与平均原子间距之间的非立方标度律，这导致了对分形玻璃有序存在的猜测。使用X射线层析成像，我们在这里确定了一个类似的非立方标度律在无序颗粒堆积的球形颗粒。我们发现标度律与第一近邻壳层内的接触近邻直接相关，因此与干扰现象密切相关。由于接触数在6左右的均衡条件，出现了看似普适的标度指数2.5，我们认为该指数不应该是普适的。
2017-05-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Generating ultradense jammed ellipse packings using biased SWAP
本文提出结合偏置SWAP蒙特卡洛与瞬态自由度的生长算法，生成超密无序椭圆堵塞堆积，发现其具有更低密度涨落和更强局部向列序，并揭示了不同长宽比下分馏结构的定性差异。
2024-09-28 cond-mat.soft
Static Structural Signatures of Nearly Jammed Disordered and Ordered Hard-Sphere Packings: Direct Correlation Function
已知在硬粒子系统中，动态特征先于干扰，但静态结构特征已被证明更加难以捉摸。压缩硬颗粒填料对堵塞造成日益增长的超均匀性的观察铺平了道路，堵塞作为一个“倒临界点”的直接关联函数$c(r)$发散的分析。我们建立了$c(r)$和总关联函数$h(r)$的各种奇异性之间的定量关系，提供了一个具体的方法来识别必须在$c(r)$中表示的功能，如果一个人希望准确地再现对关联函数的细节。我们还分析了系统的三维单分散硬球的直径$D$，因为他们的方法有序和无序堵塞的配置。对于后者，我们使用Lubachevsky-Stillinger（LS）和Torquato-Jiao（TJ）填充算法，这两种算法都生成无序填充，但可以显示出明显的结构差异。我们确定了一个短期的缩放$c(r) \propto -1/r$作为$r \rightarrow 0$，并表明，这一点，随着发展中的三角洲功能在$c(D)$，是一个后果，越来越长的范围在$c(r)$。在冻结密度附近，我们确定了TJ和LS生成的配置之间的结构因子$S(k)$以及$c(r)$的定性差异，并将它们与协议的包装动力学差异联系起来。从这两种算法的结构因子，接近零的低波数限制的干扰接近，并显示出相应的幂律衰减$c(r)$大$r$的结果。我们的工作进展的概念，表现出静态签名硬颗粒包装，因为它们接近干扰，并强调了效用的直接关联函数作为一种手段，监测一个初期的刚性网络。
2016-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
The Ideal Glass and the Ideal Disk Packing in Two Dimensions
University of Oregon（俄勒冈大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Syracuse University（雪城大学）；Seton Hall University（设特霍尔大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本研究提出在二维中构造理想阻塞堆叠的方法，揭示了无序系统中高密度、高模量及超均匀性等特性，解决了理想玻璃的长期谜团。
2025-12-08 cond-mat.soft
Cavity method for force transmission in jammed disordered packings of hard particles
堵塞无序填料的受力分布一直是颗粒物理学研究的一个中心问题。然而，它的许多特征却知之甚少。特别是，分析关系到其他关键的宏观性质的堵塞的物质，如接触网络和它的协调数，仍然缺乏。在这里，我们开发了一个平均场论这个问题的基础上，作为一个随机图的力传递成为一个约束优化问题的接触网络的考虑。因此，我们可以使用在过去几十年中发展起来的腔方法在自旋玻璃和硬计算机科学问题的统计物理。这种方法使我们能够计算力分布$\text P(f)$随机填充的硬颗粒的任何形状，有或没有摩擦。我们发现了一个新的签名干扰的小力的行为$\text P(f) \sim f^θ$，其指数引起了最近的积极兴趣：我们发现了一个有限的值为$\text P(f=0)$，随着$θ=0$。此外，我们与系数$μ$的摩擦球堵塞填料的平均配位数$\, {\bar z}_{\rm c}^{\rm min}(μ)$的下限的力的分布。通过将朴素的麦克斯韦计数论证扩展到摩擦球，这弥合了两个已知的均衡极限$\, {\bar z}_{\rm c}(μ=0)=2D$（在维度$D$中）和$\, {\bar z}_{\rm c}(μ\to \infty)=D+1$之间的差距。该理论框架描述了不同类型的系统，如任意尺寸的非球形物体，提供了一个共同的平均场的情况下，调查力的传输，接触网络和协调数堵塞无序包装。
2014-06-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Emerging contact force heterogeneity in ordered soft granular media
在外界扰动下，无序颗粒介质中的颗粒间力会形成一种非均匀分布，并具有明显的模式。更好地理解这些力和分布对于预测颗粒介质的集体行为非常重要，颗粒介质是仅次于水的全球工业中最受操纵的材料。然而，在这方面的研究，到目前为止，已在很大程度上局限于粒状介质表现出的几何异质性，离开的尺寸力学异质性一个相当未知的领域。在这里，通过有限元接触力学模型，我们表明，一个不均匀的颗粒间的力分布也可以出现从尺寸的机械不均匀性。具体来说，我们数值研究颗粒间的力量在包装机械异构磁盘安排在一个正方形或六边形晶格和准静态各向同性压缩。结果表明，六方堆积的颗粒间力分布比正方堆积的颗粒间力分布更不均匀。对于两种填充格，初步分析显示异常值的一致共存（即，较软的圆盘承受较大的力，而较硬的圆盘承受较小的力），这意味着非局部效应的存在。对离群值部分和空间接触力相关性的进一步分析表明，在较小的机械异质性下，六边形堆积比正方形堆积表现出更明显的非局部效应。然而，当组件变得更加机械异质时，这种趋势被逆转。最后，我们确认，在没有颗粒重组事件，接触摩擦只起到包装稳定的作用，而它的变化对颗粒间的力和它们的分布几乎没有影响。
2021-08-01 cond-mat.soft
Structural and mechanical characteristics of sphere packings near the jamming transition: From fully amorphous to quasi-ordered structures
机械稳定的球包装在三维空间中使用离散元方法，它跨越了很宽的范围内的结构顺序，从完全无定形的准有序结构，其特征在于由键取向序参数。由于填充压力$p$从阻塞转变处的边缘刚性极限（$p \approx 0$）变化到更稳健系统的边缘刚性极限（$p \gg 0$），配位数$z$遵循与压力的熟悉的比例关系，即$Δz = z - z_c \sim p^{1/2}$，其中$z_c = 2d = 6$（$d=3$是空间维度）。虽然以前已经注意到，$Δz$确实仍然是确定填料性能的控制参数，在这里，我们展示了填料结构如何对填料的机械性能起着影响作用。具体来说，我们发现，弹性（散装$K$和剪切$G$）模量，一般称为$M$，成为$Δz$和结构的功能，在某种程度上，$M-M_c \sim Δz$。这里，$M_c$是在堵塞过渡处的弹性模量值，其取决于填料的结构。特别地，零剪切模量$G_c=0$是完全无定形填料的特殊特征，而更有序的填料取更大的正值$G_c > 0$。
2020-08-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theoretical and numerical study of the phase diagram of patchy colloids: ordered and disordered patch arrangements
我们报告的理论和数值评估的模型斑片状颗粒的相图。具体来说，我们研究硬球的表面是由一个小数目的相同的网站（“粘点”）通过一个短距离的方井吸引相互作用的装饰。我们从理论上评估，解决Wertheim理论，临界点的位置和气液共存线的几个值的f和比较吉布斯和大正则蒙特卡罗模拟的结果。我们研究了硬球表面上的有序和无序排列的网站，并确认补丁有很强的影响的相图：在温度-密度平面的气液共存区域显着减少，f降低。我们还从理论上计算了比热最大值的位置和渗流线。
2008-02-18 cond-mat.soft
Contact nonlinearities and linear response in jammed particulate packings
无摩擦的无热颗粒的填料，只有当它们重叠时才相互作用，作为填料密度的函数经历堵塞过渡。这种填料为干扰理论提供了基础。这个理论基于这样的观察：尽管存在大量无序构型，但对线性有序的机械响应仅取决于到跃迁的距离。我们调查的有效性和实用性，这样的测量调用谐波近似，并表明，尽管粒子进出接触，有一个定义良好的线性制度的热力学极限。
2014-12-31 cond-mat.soft
Coupled dynamical phase transitions in driven disk packings
在振荡剪切作用下，单层摩擦颗粒盘表现出两种动态相变：从初始无序状态到有序结晶状态的转变和动态活性吸收相变。虽然没有理由，{ \it a-priori}，这些是在同一个临界点，他们是。跃迁也可以由圆盘轨迹表征，圆盘轨迹是打破时间反演不变性的非平凡循环。
2022-03-14 cond-mat.soft
The ordered and orientationally disordered crystalline phases of the flexible C4F8 molecule
有足够的实验证据表明C4F8存在几种晶相，尽管它们仍然没有被清楚地识别出来。在本文中，我们进行了一系列的分子动力学（MD）模拟使用部分灵活的分子模型，它考虑了低频分子内模式和晶格模式的混合。计算是在恒压-恒温系综中进行的，所采用的算法允许MD样品的体积和对称性作为热力学变量的函数而变化。虽然发现了几个稳定的结晶相，但它们的数量仍然比实验发现的要少。
1999-12-06 cond-mat.soft
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
The hierarchical properties of contact networks in granular packings
研究了密度为0.58 - 0.64的无序堆积单尺寸球体的大样品的颗粒间接触网络（接触网络）的拓扑结构。这种结构的层次组织研究的拓扑地图，从一个给定的球开始，并通过接触网络在同心壳向外移动。我们发现，无序球堆积的拓扑密度大于等价的格点球堆积的拓扑密度。
2005-04-14 cond-mat.soft
Looking for a compact semi empirical equation of state for hard spheres: possibility of a glassy transition and random loose packing
高密度硬球流体的状态方程在无规密堆积极限下应呈现一个简单极点。在这里，我们表明，试图获得一个紧凑的半经验的状态方程，同时兼容的渐近行为，并与已知的维里系数提出了一个分析的困难，可以解决，如果发生在无序的亚稳相的密度介于凝固点和随机密堆积限制，数值接近的熔点之间的玻璃化转变。过渡点的估计值，这是确定与随机松散包装，是在较好的协议与早期的估计。
2019-08-13 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
Learning by training: emergent return-point memory from cyclically tuning disordered sphere packings
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）
研究通过无序系统循环逆向设计探讨环境变化对适应性学习的影响，发现系统趋向边缘吸收流形并形成类似返回点记忆的特性。
2026-04-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.comp-ph
Minimal energy packings and collapse of sticky tangent hard-sphere polymers
我们列举了所有的最小能量包装（MEP）的小单线性和环状聚合物组成的球形单体与接触吸引力和硬核排斥，并比较它们相应的结果为单体包装。我们定义并确定了聚合物填料中的“分割面”，它减少了满足硬球和共价键约束的排列数量。与单体MEP相比，聚合物MEP更倾向于中间结构对称性而不是高对称性和低对称性。我们还研究了包装制备依赖于较长的单链使用分子动力学模拟。对于缓慢的温度淬火，链形成具有紧密堆积的核心的微晶。随着淬火速率的增加，芯尺寸减小，并且外部变得更加无序。通过研究接触数，我们连接到无序包装的等静压开始抑制结晶。这些研究代表了我们预测致密聚合物的结构和机械性能如何取决于塌陷动力学的能力向前迈出了重要的一步。
2010-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cell size heterogeneity controls crystallization of the developing fruit fly wing
Max-Planck Institute for Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理学研究所）；DataLoch；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；Institut Pasteur（巴斯德研究所）；Inserm（法国国家健康与医学研究院）；Cluster of Excellence Physics of Life, TUD（德累斯顿工业大学生命物理卓越集群）；Mechanobiology Institute, National University of Singapore（新加坡国立大学生物力学研究所）
通过顶点模型模拟和实验分析，发现细胞大小异质性（由多分散性量化）是控制果蝇翅膀上皮组织从无序到有序晶体状排列转变的关键参数。
2026-10-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dispersive wave propagation in disordered flexible fibers enhances stress attenuation
本研究通过实验和计算分析了冲击应力波在无序柔性纤维堆积体中的传播，发现色散波传播在较大长径比和中等柔性的系统中更普遍并增强应力衰减，为改进颗粒材料阻尼技术提供了新见解。
2024-09-17 cond-mat.soft physics.app-ph
Jamming of frictional spheres and random loose packing
利用计算机模拟研究了摩擦系数$μ$对无序颗粒填料堵塞性能的影响。压缩，软球填料被带到堵塞过渡-填料失去机械稳定性的点-通过减少包装分数。堵塞过渡处的堆积分数的值$ϕ^μ_{c}$从零摩擦的随机紧密堆积点逐渐减小到与随机松散堆积一致的值，因为摩擦系数增加了几个数量级。这伴随着在阻塞转变处的配位数$z^μ_{c}$的减少，其随着摩擦的增加从大约6变化到4。普遍的幂律缩放观察到的压力和协调数作为距离的函数，从广义的，摩擦相关的干扰点。还报告了$ϕ^μ_{\rm c}$、$z^μ_{\rm c}$和$μ$之间的各种幂律。还研究了填料制备历史的依赖性。
2011-07-29 cond-mat.soft
Avian photoreceptor patterns represent a disordered hyperuniform solution to a multiscale packing problem
光的最佳空间采样严格要求相同的光感受器在二维中以完全规则的阵列排列。自然界中这种完美阵列的例子包括昆虫的复眼和一些鱼类和爬行动物的近乎晶体的感光器模式。鸟类是高度视觉化的动物，具有五种不同的视锥细胞亚型，但它们的视锥细胞模式并不完全规则。通过使用各种敏感的微观结构描述符分析由五种不同细胞类型组成的鸡锥体感光系统，我们发现无序的感光模式是“超均匀的”（表现出消失的无限波长密度波动），这是迄今为止在物理系统的一个独特子集中发现的属性，但从未在任何活的生物体中观察到。值得注意的是，总细胞群和单个细胞类型的光感受器模式同时是超均匀的。我们称这种模式为“多超均匀”，因为整体点模式的多个不同子集本身就是超均匀的。我们已经设计了一个独特的多尺度细胞包装模型在两个维度，表明感光类型相互作用的短期和长期的排斥力和类型之间的竞争产生了上述奇异的空间特征系统，包括多超均匀性。
2014-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Packing and emergence of ordering of rods in a spherical monolayer
空间有序系统局限于表面，如球表现出有趣的拓扑结构，因为曲率诱导挫折的取向以及平移顺序。这些结构的研究对于研究几何、拓扑和弹性之间的相互作用以及它们在材料科学中的潜在应用是重要的。在这项工作中，我们数值模拟了一个球形单层的软排斥spherocylinders（SRS）和研究的包装杆和他们的有序过渡作为包装分数的函数。在模型中，我们研究，质量中心的spherocylinders（位于其几何中心）被限制在球面上移动。球柱体可以自由地绕着任何穿过它们各自质心的轴旋转。我们发现，在相对较低的包装分数，有一个连续的过渡从无序流体到一个新的，取向有序，球形流体单层的包装分数增加。这种取向有序的SRS粒子单层类似于刺猬--SRS粒子的长轴沿着球体的局部法线排列。在较高的填充分数，系统经历过渡到固相，这是充满拓扑点缺陷（向错）和晶界，将整个表面分为几个域。
2022-06-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Reorganization of a 2D disordered granular medium due to a small local cyclic perturbation
我们测量实验的重排，由于一个小的本地化的循环位移施加到重力下的刚性颗粒在一个二维几何形状的包装。通过考虑单个粒子位移和粗粒位移场以及平均堆积分数和配位数，我们分析了对这种扰动的响应的演化。我们发现，位移响应是相当长的范围内，并发展相当大的循环次数。我们表明，一个小的差异，在制备方法（诱导自攻容器）导致显着的修改的响应，虽然包装分数的变化是分钟。不仅初始响应，而且其进一步的演化也随着制备而改变，表明系统在许多循环之后仍然保留初始制备的记忆。然而，经过足够数量的周期，两种制备方法的位移响应收敛到一个近径向场与1/r衰减的扰动源。所观察到的制备方法之间的差异似乎与配位数的变化有关（配位数对堆积的演变比堆积分数更敏感）。具体地说，它可以理解为局部拱断裂的影响，这会影响力的横向传递。
2006-05-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Dense sphere packings from optimized correlation functions
基本光滑函数（超越接触）被用来构造成对的关联函数，以模拟堵塞的无序球填充。使用Torquato和Stillinger [J. Phys. Chem. B 106，8354，2002]的g2不变优化方法，在必要的可实现性条件下优化这些函数中的参数，以最大化填充分数phi和每个球Z的平均接触数。一对关联函数，它包含了无序堆积的显著特征，并且在接触之外是光滑的，被示出为允许φ为0.6850：该值表示三维中全等硬球的最大值π/sqrt{18} ~ 0.7405，和0.64，与最大随机堵塞（MRJ）填料在三维空间中的近似分数。我们发现，令人惊讶的是，继续添加由光滑正弦曲线组成的初等函数，其衰减为r^{-4}，允许填充分数接近pi/sqrt{18}。一个平移顺序度量是用来区分度的顺序包装。我们发现，为了获得更高的填充分数，有序度必须增加，这与先前研究的结果一致[Torquato等人，物理修订版信函84，2064，2000]。
2009-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Jamming in two-dimensional packings
研究了单分散硬盘二维堆积中随机密堆积极限和随机松堆积极限的存在性。一个统计力学的方法-基于几个近似预测的概率分布的体积-建议存在的极限密度的堵塞填料根据其协调数和压实度。这一结果的理解无序状态的磁盘包装问题，以及在二维系统中存在一个假定的玻璃化转变的影响。
2010-11-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Local structure controls shear and bulk moduli in disordered solids
用于研究物质力学响应的范例模型系统是点原子的随机网络、随机球填充或简单晶格，所有这些模型都假设粒子/原子之间的中心力相互作用。这些模型中的每一个都在空间排列和粒子之间的相关性方面有所不同。反过来，这反映在剪切（G）和压缩（K）弹性模量的广泛不同的行为中。以G、K和它们的比率编码的宏观弹性与微观晶格结构/有序之间的关系尚不清楚。我们提供了一个定量的分析之间的联系的局部取向秩序和弹性的模型非晶态固体具有不同的内部微观结构，侧重于两个相反的限制包装（强排斥体积）和网络（无排斥体积）。该理论预测，在包装，局部取向秩序，由于排除体积导致较少的非亲和性（更软或更大的刚度）压缩下比剪切下。这导致G/K值较低，这是一种缺乏微观解释的有据可查的现象。该理论还提供了一个很好的一个参数描述的弹性压缩乳液在较宽的范围内的包装分数与实验数据相比。
2016-01-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Random close packing fraction of bidisperse discs: theoretical derivation
Gonville & Caius College, University of Cambridge（剑桥大学贡维尔与凯斯学院）
本文基于细胞序分布概念，提出一种保证无序的理论，推导了双分散圆盘随机密堆积分数作为尺寸比和浓度的函数，并给出了最密无序堆积分数的精确上下界。
2026-05-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft math-ph
Micromechanical origin of plasticity and hysteresis in nest-like packings
未粘合的半柔性纤维的无序包装代表了一类跨越背景和规模的材料。从基于树枝的鸟巢到无纺织物，不同系统的体积力学来自于组成细长元件关于非永久接触的弯曲。在实验和计算包装的木棍，我们确定其响应循环oedometric压缩的突出特点：非线性刚度，瞬态塑性，并最终可重复的速度无关的滞后。我们跟踪这些功能，其微观力学的起源，确定在特征的外观，消失，和位移的内部接触。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Defects and Frustration in the Packing of Soft Balls
本文介绍了一种用于软变形球填充的极小模型--Hookean-Voronoi能量。这是由最近的研究所产生的二嵌段和星型聚合物的密集包装的准周期平衡。限制到平面的情况下，我们调查的平衡包装相同的，可变形的物体，其形状是由一个周期性的矩形的$N$网站Voronoi镶嵌。我们推导出一个减少制定的系统显示在平衡点，每个网站必须驻留在“最大中心”的相关Voronoi区域，并构建了一个家庭的有序的"单链“极小的基数是$O(N^2)$。我们确定尖锐的条件下，系统承认一个正六边形镶嵌，并建立在所有情况下，每个网站的平均能量是有界的单位大小的正六边形以下。然而，随机初始数据的梯度流的数值研究表明，对于适度的$N$值，系统优势地平衡到具有低能量和大吸引盆的准有序状态。对于较大的$N$的平衡能量的分布似乎接近一个$δ$功能的限制，其能量是显着高于基态六边形。这种限制可能是由两种机制形成的：一种扩散的中等能量的无序平衡，阻止访问的梯度流到较低的能量准有序状态和一个刚性的阈值上的最大能量的稳定状态。
2022-09-25 cond-mat.soft math.DS
Disordered, Quasicrystalline and Crystalline Phases of Densely Packed Tetrahedra
Ulam将所有坚硬的凸形都定义为比球形更致密的堆积，球形的最大堆积分数为π = π/ \sqrt 18 ~ 0.7405。对于许多形状，简单的晶格填充很容易超过这个填充分数。对于正四面体，这个猜想直到最近才被证明是正确的;通过几何构造获得了有序排列，其中，π = 0.7786，随后在数值上压缩到π = 0.7820。在这里，我们展示了四面体的包装比这好得多，而且是以一种完全出乎意料的方式。遵循概念上不同的方法，使用热力学计算机模拟，使系统自然地向高密度态发展，我们观察到，硬四面体的流体经历了一阶相变的十二方准晶，它可以被压缩到一个包装分数为0.8324。通过压缩准晶体的晶体近似物，我们得到的最高填充分数是ε = 0.8503。如果准晶的形成被抑制，系统将保持无序，堵塞，并压缩到ε = 0.7858。堵塞和结晶之前都是由熵驱动的过渡，从一个简单的流体的独立四面体到复杂的流体，其特征在于四面体排列在密集的局部图案，形成一个在过渡的结晶网络。我们报告的准晶代表了第一个例子的准晶形成的硬或非球形颗粒。我们的研究结果表明，粒子形状和熵可以产生高度复杂的，有序的结构。
2010-12-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ordered and Disordered Defect Chaos
数值研究了耦合Ginzburg-Landau方程中参数驱动波的缺陷混沌。详细追踪缺陷的运动，得到它们的寿命、湮灭伙伴和行进的距离。在一个政权，其中在一维的情况下，混沌动力学是由于双相滑移，二维系统表现出强有序的条纹图案。当接近行波的宇称破缺不稳定性时，该阶数消失，关联函数迅速衰减。在有序区中，缺陷具有典型的寿命，而在无序区中，寿命分布是指数的。在无序状态下，大缺陷环的概率要大得多。
1997-04-21 chao-dyn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unifying the Concepts of Scattering and Structure Factor in Ordered and Disordered Samples
散射方法被广泛应用于许多研究领域，以分析和解决材料结构。鉴于其重要性，大量完整的教科书专门讨论这一主题。然而，实验中的技术细节和不同角度的解释之间的脱节往往使初学者和研究人员感到困惑和沮丧。为了创建一个有效的学习路径，我们回顾了散射和结构因子的核心概念，在这篇文章中，在一个独立的方式。经典的例子散射摄影和光谱计算。提供了示例CPU和GPU代码，以便于理解和应用这些方法。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci 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
Ordered and disordered stealthy hyperuniform point patterns across spatial dimensions
本研究利用隐身超均匀系统与傅里叶空间硬球的对应关系，证实最密堆积构型为 Bravais lattice，并将位力展开推广至更高维度以预测空间退相关，且在 $d=2$-$8$ 维度下通过数值模拟验证了该预测。
2024-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
