力学所揭示非晶合金剪切带涌现的时空序列与临界行为

非晶合金（又称金属玻璃）因具有一系列优异性能，在空天、国防、能源等领域显示出广阔应用前景。然而，非晶合金极易形成纳米尺度变形局部化剪切带，而剪切带快速扩展诱致的宏观脆性限制了其工程应用。

本征上，非晶合金剪切带涌现是一类远离热力学平衡下时空多尺度耦合的非线性过程；空间上，固有的结构不均匀性会引起强烈的变形及动力学行为的梯度效应；时间上，涵盖原子振动、原子团簇协同重排、塑性流动等多个速率过程。上述事件均具有各自的特征时间和空间尺度，它们的关联耦合控制剪切带涌现，使变形高度集中在宽度或厚度为数十纳米的带状区域，并以近声速的模式快速扩展。与原子周期有序排列的晶态合金不同，原子长程拓扑无序堆垛的非晶合金变形内蕴3种高度耦合纠缠的原子尺度运动：剪切、体胀和旋转。这3种局域原子运动的强纠缠是非晶合金剪切带涌现精细物理图像尚未探明的关键瓶颈。

近期，中国科学院力学研究所戴兰宏研究团队在该问题的研究中取得进展。基于连续介质力学理论框架，研究人员提出了同时考虑仿射和非仿射变形信息的两项梯度模型，可以完整描述无序固体介质的局部变形场，突破了目前广泛使用的单纯仿射或非仿射模型的局限。研究人员进一步完成了对剪切、体胀、旋转这3个高度纠缠的局域运动的解耦，并在原子尺度上定义了全新的局部剪切、体胀、旋转运动事件的定量描述符。

相关研究成果以Hidden spatiotemporal sequence in transition to shear band in amorphous solids为题发表在Physical Review Research上。