In un solido cristallino, gli atomi formano un reticolo ordinato. I solidi cristallini rispondono elasticamente a piccole deformazioni:quando la deformazione applicata viene rimossa, lo stress macroscopico, così come la configurazione microscopica del reticolo atomico, torna allo stato originario. D'altra parte, un materiale si comporta plasticamente se non ritorna al suo stato originale. Generalmente, la plasticità si verifica solo quando la deformazione è sufficientemente grande.

A differenza dei cristalli, solidi amorfi, come gli occhiali, materia granulare, gel, schiume, ed emulsioni, hanno configurazioni di particelle disordinate. Come rispondono i solidi amorfi a una piccola deformazione? L'elasticità standard può descrivere i solidi amorfi?

Per rispondere a questa domanda, Dr. JIN Yuliang dell'Istituto di Fisica Teorica (ITP) dell'Accademia Cinese delle Scienze, insieme ai suoi collaboratori, studiato sistematicamente le proprietà meccaniche dei solidi amorfi utilizzando un sistema di modelli numerici.

Anche se le proprietà macroscopiche come sollecitazione e deformazione sono reversibili al rilascio di una piccola deformazione, le configurazioni microscopiche possono essere irreversibili. Il lavoro necessario per alternare le configurazioni prima e dopo la perturbazione è infinitesimale. Questo tipo di solido amorfo è chiamato marginalmente stabile e risulta da una cosiddetta transizione di Gardner, come previsto di recente dalla teoria del campo medio.

I ricercatori hanno inoltre stabilito una mappa di stabilità-reversibilità di solidi amorfi a sfera dura, che unifica i comportamenti meccanici tra cui elasticità, plasticità, cedendo, e inceppamento.

Secondo la mappa stabilità-reversibilità (Fig. 1), un solido amorfo ha due comportamenti tipici, che dipendono dall'entità del volume e dalle deformazioni di taglio. Nella regione stabile, il solido amorfo è veramente elastico e reversibile, proprio come i cristalli. Nella regione marginalmente stabile, d'altra parte, l'elasticità si mescola inevitabilmente alla plasticità, anche per deformazioni infinitesimali. Un solido amorfo marginalmente stabile è solo parzialmente reversibile.

Lo studio mostra che è necessaria una teoria elastica più completa, che possa incorporare correttamente i solidi amorfi. Fornisce inoltre importanti informazioni sulla progettazione di materiali meccanici di nuova generazione come i vetri metallici.

La ricerca è riportata in Progressi scientifici .