東京大學領導的研究人員采用了一種新的計算機模型來模擬載力顆粒的網(wǎng)絡，這些顆粒即使缺乏遠距離有序性也可以賦予非晶態(tài)固體以強度。這項工作可能會導致可用于烹飪，工業(yè)和智能手機應用的高強度玻璃的新進展。

諸如玻璃之類的非晶態(tài)固體(盡管很脆并且具有不形成有序晶格的組成顆粒)可以具有令人驚訝的強度和剛度。這更是出乎意料的，因為非晶態(tài)系統(tǒng)還會遭受較大的非諧波波動。秘訣是一個內部的受力粒子網(wǎng)絡，它覆蓋了整個固體，從而為系統(tǒng)提供了強度。這種分支的動態(tài)網(wǎng)絡就像骨架一樣，即使材料僅占總顆粒的一小部分，也可以防止材料屈服。但是，僅當承力粒子的數(shù)量超過臨界閾值時，才在“滲流過渡”之后形成該網(wǎng)絡。隨著這些粒子的密度增加，從一端到另一端的滲透網(wǎng)絡的概率從零增加到幾乎確定。

現(xiàn)在，東京大學工業(yè)科學研究所的科學家已經(jīng)使用計算機模擬仔細地顯示了當非晶態(tài)材料冷卻到其玻璃化轉變溫度以下時，這些滲濾網(wǎng)絡的形成。在這些計算中，使用有限范圍的排斥勢對二元顆?；旌衔镞M行了建模。研究小組發(fā)現(xiàn)，無定形材料的強度是由無序機械結構的自組織引起的一種新興特性。

第一作者華通說：“在零溫度下，被堵塞的系統(tǒng)由于其內部的滲濾網(wǎng)絡而將顯示出應力的長期相關性。此模擬表明，即使在玻璃完全冷卻之前，對玻璃也是如此。”

可以通過識別該網(wǎng)絡中的粒子必須通過至少兩個強力鍵連接來識別受力主干。冷卻后，受力粒子的數(shù)量增加，直到跨系統(tǒng)的網(wǎng)絡鏈接在一起。

高級作者田中肇說：“我們的發(fā)現(xiàn)可能為從機械角度更好地理解非晶態(tài)固體開辟道路。” 由于堅硬耐用的玻璃非常適合智能手機，平板電腦和炊具使用，因此該作品可以找到許多實際用途。

這項工作在《自然通訊》上發(fā)表為“由于機械自組織而產生的非晶態(tài)材料的新興堅固性”。