新研究发现，非晶体物质中的动态结构缺陷

近日，松山湖材料实验室研究员胡远超团队和日本东京大学教授Hajime Tanaka团队合作研究表明，非晶体物质中的动态结构缺陷。他们发现，在低频振动模式下，会出现具有四极矩特征的准局域振动模式，动态结构缺陷的核心特征可以通过分解来定义。相关结果发表在自然通信中(Nature Communications)。

缺陷是材料的重要组成部分，在材料的性质和应用中起着决定性的作用。在晶体材料中，缺陷具有一定的静态结构类型，如位置、位错、层错等，可以利用先进的表征技术进行观察。如何控制缺陷一直是晶体材料研究的重点和难点，属于材料研究的一般范式。

然而，在非晶体材料中，原子和分子在微观尺度上表现为混乱的排列，晶体中没有周期性结构类型。特别是对于非晶体合金，其原子组成主要是过渡元素，密集排列是典型的特征。它们通常表现出优异的机械性能，但缺乏拉伸塑性已成为制约其发展的重要因素。

如何理解和控制非晶合金中的缺陷一直是该领域的一个主要前沿科学问题，并继续引起国内外学者的广泛关注。然而，在混乱原子排列的背景下，晶体学的方法和技术无法用来定义缺陷，这给非晶体缺陷的研究带来了巨大的挑战。如何打破传统的静态结构思维方式，找到新的研究视角是研究内容的唯一途径。

在最新的研究中，研究人员利用分子动力学模拟对非晶态固态中的缺陷进行了系统而深入的研究。通过对典型的二维非晶态固态模型的研究，从原子的振动特性出发，对本征状态下的振动模型进行了分析和分析。发现低频振动模式下具有四极矩特征的准局域振动模式，其核心特征显示在纵波重量上。

通过计算原子尺度的vibrability(Ψ)参数可以有效地表示其核心原子的分布规律和核心原子的空间分布规律。虽然核心原子呈现体分布特征，但其核心核心原子呈线性(string)这些原子的振动场分布与极小应变下的非仿射形变场高度一致。这些原子的激活程度与变形方向密切相关。

虽然非晶体固体通常反映为各向异性，但其剪切模量可以表现出强烈的多样性。通过表示不同切割角度的激活原子，我们发现它们都呈现出空间结构的特征，并通过固定(pining)这些原子可以有效地减少各种切割。此外，不同方向的缺陷string可以在原子尺度上高度重叠，以确认缺陷的动态属性和激活规律。因此，非晶合金中的缺陷可以从原子尺度振动场中挖掘出来，具有阶级激活能分布规律，与材料的力学性能和故障规律密切相关。

研究人员进一步分析了简单的二维晶体固态，其中包含两个缺陷。研究表明，从原子振动特性出发，晶体中的缺陷表现出类似于非晶体缺陷的特性，构建了两种材料之间的桥梁。这些缺陷的特点来自于局部机械阻挫(mechanical frustration)，它是固态材料中的基本能耗模式。

本研究为进一步了解非晶体材料，促进其理论和应用的发展提供了指导作用。