En un sólido cristalino los átomos forman una red ordenada. Los sólidos cristalinos responden elásticamente a pequeñas deformaciones:cuando se elimina la deformación aplicada, el estrés macroscópico, así como la configuración microscópica de la red atómica, vuelve al estado original. Por otra parte, un material se comporta plásticamente si no vuelve a su estado original. En general, la plasticidad solo ocurre cuando la deformación es suficientemente grande.

A diferencia de los cristales, sólidos amorfos, como anteojos, materia granular, geles espumas y emulsiones, tienen configuraciones de partículas desordenadas. ¿Cómo responden los sólidos amorfos a una pequeña deformación? ¿Puede la elasticidad estándar describir sólidos amorfos?

Para responder a esta pregunta, Dr. JIN Yuliang del Instituto de Física Teórica (ITP) de la Academia de Ciencias de China, junto a sus colaboradores, estudió sistemáticamente las propiedades mecánicas de los sólidos amorfos utilizando un sistema de modelo numérico.

Aunque las propiedades macroscópicas como la tensión y la deformación son reversibles al liberar una pequeña deformación, las configuraciones microscópicas pueden ser irreversibles. El trabajo necesario para cambiar entre configuraciones antes y después de la perturbación es infinitesimal. Este tipo de sólido amorfo se denomina marginalmente estable y es el resultado de la llamada transición de Gardner, como lo predijo recientemente la teoría del campo medio.

Los investigadores establecieron además un mapa de estabilidad-reversibilidad de sólidos amorfos de esfera dura, que unifica los comportamientos mecánicos, incluida la elasticidad, plasticidad, flexible, y atasco.

Según el mapa de estabilidad-reversibilidad (Fig.1), un sólido amorfo tiene dos comportamientos típicos, que dependen de la extensión del volumen y las deformaciones por cizallamiento. En la región estable, el sólido amorfo es verdaderamente elástico y reversible, como cristales. En la región marginalmente estable, por otra parte, la elasticidad se mezcla inevitablemente con la plasticidad, incluso para deformaciones infinitesimales. Un sólido amorfo marginalmente estable es solo parcialmente reversible.

El estudio muestra que se necesita una teoría elástica más completa, una que pueda incorporar correctamente sólidos amorfos. También proporciona información importante sobre el diseño de materiales mecánicos de próxima generación, como vidrios metálicos.

La investigación se informa en Avances de la ciencia .