Em um sólido cristalino, os átomos formam uma rede ordenada. Sólidos cristalinos respondem elasticamente a pequenas deformações:Quando a deformação aplicada é removida, o estresse macroscópico, bem como a configuração microscópica da rede atômica, volta ao estado original. Por outro lado, um material se comporta plasticamente se não retornar ao seu estado original. Em geral, a plasticidade só ocorre quando a deformação é suficientemente grande.

Ao contrário dos cristais, sólidos amorfos, como óculos, matéria granular, géis, espumas, e emulsões, têm configurações de partículas desordenadas. Como os sólidos amorfos respondem a uma pequena deformação? A elasticidade padrão pode descrever sólidos amorfos?

Para responder a esta pergunta, Dr. JIN Yuliang do Instituto de Física Teórica (ITP) da Academia Chinesa de Ciências, junto com seus colaboradores, estudou sistematicamente as propriedades mecânicas de sólidos amorfos usando um sistema de modelo numérico.

Mesmo que as propriedades macroscópicas, como tensão e deformação, sejam reversíveis ao liberar uma pequena deformação, configurações microscópicas podem ser irreversíveis. O trabalho necessário para alternar entre as configurações antes e depois da perturbação é infinitesimal. Este tipo de sólido amorfo é denominado marginalmente estável e resulta de uma chamada transição de Gardner, como previsto recentemente pela teoria do campo médio.

Os pesquisadores estabeleceram ainda um mapa de estabilidade-reversibilidade de sólidos amorfos de esfera dura, que unifica comportamentos mecânicos, incluindo elasticidade, plasticidade, produzindo, e congestionamento.

De acordo com o mapa de estabilidade-reversibilidade (Fig. 1), um sólido amorfo tem dois comportamentos típicos, que dependem da extensão do volume e das tensões de cisalhamento. Na região estável, o sólido amorfo é verdadeiramente elástico e reversível, assim como os cristais. Na região marginalmente estável, por outro lado, elasticidade é inevitavelmente misturada com plasticidade, mesmo para deformações infinitesimais. Um sólido amorfo marginalmente estável é apenas parcialmente reversível.

O estudo mostra que uma teoria elástica mais completa é necessária - uma que possa incorporar sólidos amorfos corretamente. Ele também fornece informações importantes sobre o design de materiais mecânicos de última geração, como vidros metálicos.

A pesquisa é relatada em Avanços da Ciência .