非晶質固体の局所的対称性の破れと塑性指標および強度を結びつける構造的無秩序関数

科学分野:

• 材料科学
• 物性物理学
• 計算材料科学

背景:

• 長距離秩序がないため、非晶質固体の構造と特性の関係を理解することは困難である。
• 既存の構造記述子は、無秩序システムの普遍的な特性を捉えられないことが多い。

研究 の 目的:

• 非晶質材料における原子スケールの無秩序のための、新しく物理的に解釈可能な指標を導入すること。
• 構造的無秩序と巨視的な機械的特性との間に定量的な関連を確立すること。

主な方法:

• 局所的対称性の破れに基づいた構造的無秩序関数Sd(r)の開発。
• 様々な非晶質合金およびガラスに対する分子動力学シミュレーションの適用。
• コロイドガラス実験を用いた検証。

主要な成果:

• Sd(r)は、振動の平均二乗変位や原子剛性などの主要な機械的特性と強く相関している（R > 0.68）。
• より高いSd(r)値は、機械的異方性を区別する液体のような領域を特定する。
• 平均Sd(r)とせん断強度の間には、普遍的な負の線形関係が見出された。

結論:

• Sd(r)は、無秩序材料のためのシンプルで無次元で、広く適用可能な記述子として機能する。
• この指標は、原子配置、加工履歴、および機械的応答を統一する。
• 非晶質固体の合理的な設計のための物理ベースのフレームワークを提供する。