所以你把智能手机平躺在地上。最坏的情况是什么?这些天，可能有点凹痕。智能手机的金属机身由晶体材料制成，原子排列高度有序。这种材料有一个明确的破坏顺序——潜在的弱点由“缺陷”定义——这使得预测哪些原子会改变位置或重新排列形成前面提到的凹痕相对容易。

同一款手机的玻璃屏幕则是另一回事。它是由原子以不明显的顺序挤在一起组成的，你的设备的玻璃面在掉落时可能会破碎。像许多其他无序固体一样，玻璃在失效前不能发生明显的变形，而且由于这些材料缺乏结晶秩序，预测哪些原子会在失效时发生移动是很困难的。

在该杂志上发表的一项新研究中科学加州大学圣巴巴拉分校的机械工程师Daniel Gianola和宾夕法尼亚大学的前同事合作，从基本层面上了解材料失效。这样做可能是一系列应用的关键，从设计更抗碎的玻璃到预测地质现象，如山体滑坡。他们共同确定了看似不同的无序材料共有的失效标准，通过观察广泛的无序固体，其组成颗粒的大小在七个数量级之间。

加州大学sb材料系副教授Gianola说:“这项研究是一种高度合作、多学科合作的典范，在这种合作中，由有着截然不同观点的人组成的团队联合起来研究一个具有重大影响的基本问题。”“UCSB材料研究科学与工程中心等中心只有这样的合作才能实现。”

该研究结合了柔软性的概念，这与晶体材料的失效所涉及的缺陷相对应。在无序系统中，柔软度可以预测缺陷的位置，识别出当材料失效时最有可能改变邻居的粒子集合。在这个项目中，柔软度第一次被用来建立玻璃缺陷和可塑性之间的因果关系。

研究人员使用机器学习减少了数百个数量，每个数量都表征了粒子排列的特定方面——比如它们的局部密度或键合角度——到一个与重排倾向相关的单个预测粒子级数量。这个过程产生了微观柔软度的值。如果柔软度是已知的，那么无序材料的行为以及其组成粒子重新排列的可能性就可以预测。

研究中的系统被迫重新排列，因为它们要么受到随机的热波动，要么受到不同种类的应力，比如挤压或拉伸。这项技术在所有情况下都同样有效，使科学家能够高精度地预测系统中原子重新排列，最终导致故障的概率。

通过比较不同系统的特性，研究人员发现，相关柔软度的大小与重排的大小是相同的，即在导致故障的过程中运动的粒子数量。值得注意的是，他们发现这个数字在他们研究的每个系统中几乎是相同的，无论粒子的大小或它们如何相互作用。

研究人员还测量了屈服应变，它描述了固体在开始屈服之前可以变形的程度。他们观察了机械刚度跨越13个数量级的系统，发现所有无序固体的屈服应变几乎相同。相比之下，不同晶体材料的屈服应变可以相差几个数量级。

Gianola说:“我们一直对这样一个事实很感兴趣，即尽管金属玻璃的原子位置不均匀，而且缺乏长程顺序，但与晶体玻璃形成鲜明对比的是，它表现出相当恒定的屈服应变。”“我们想测试这种恒定的屈服应变是只在金属玻璃中观察到的特征，还是所有无序系统的共同特征，而不管组成粒子的键合类型和大小如何。”

研究人员知道，当施加压力时，所有的系统在产量前后看起来都是一样的，研究人员说，下一步将是研究超出产量的故障动力学，在这一点上，混乱随之而来，系统开始看起来非常不同。

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