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Scoperto il meccanismo topologico della deformazione plastica nei solidi disordinati

In un recente studio apparso su Physical Review Letters, un team internazionale guidato da Alessio Zaccone del nostro dipartimento, in collaborazione con US Army Research Laboratory (che ha finanziato la ricerca) e con Matteo Baggioli di Shanghai Jiao Tong University, ha scoperto l'esistenza di difetti topologici nei solidi amorfi. La scoperta è stata resa possibile dall'analisi della struttura su scala atomica del campo di spostamento dinamico sotto deformazione.

Questa nuova descrizione teorica (verificata in dettaglio utilizzando simulazioni molecolari) si basa su metodi della geometria differenziale e sulle "higher-form symmetries" applicate alle deformazioni atomiche nei sistemi disordinati per arrivare a dei predittori topologici della plasticita' usando il nuovo concetto di vettore di Burgers dinamico in sistemi disordinati. La nuova teoria produce una previsione molto accurata del punto di "yielding" al quale avviene la transizione plastica a flusso viscoso nei vetri, e spiega la formazione di "shear bands" a 45 gradi osservate sperimentalmente in tutti i materiali vetrosi sotto deformazione, in termini di interazione e "coagulazione" dei nuovi difetti topologici.

Questa scoperta risolve un mistero circa l'esistenza di difetti topologici nei vetri, la cui ricerca sistematica iniziò a fine anni '70 con il lavoro di famosi fisici americani (tra cui Paul J. Steinhardt di Princeton e David R. Nelson di Harvard) che però finora non aveva prodotto risultati conclusivi, per via della struttura statica dei vetri che è totalmente disordinata. Il nuovo studio invece dimostra che le singolarità topologiche sono osservabili non nella struttura statica dei vetri, bensi' sono entita' dinamiche osservabili nel campo di spostamento a livello atomico.

03 luglio 2021
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