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活性固体:自发变形、非准线性涨落、软化与失效

软凝聚态物质 2026-03-19 v3 统计力学 生物物理

摘要

内部活性活动在固体的力学行为中发挥根本性作用,但其在软化与失效中的作用尚未完全理解。本研究通过非准线性涨落(用于量化相对于全局应变的局部重排)来探讨活性固体中的自发变形。我们采用尺度分析和数值模拟,表明在活性速度下,固体的非准性呈二次方增长;随持久时间线性增加(最终饱和);且与熔化密度的距离成反比。空间相关性揭示了活动依赖性的相关长度随活动程度的增大而扩大;而松弛动力学则由活性持久时间所支配。随着活性程度的增加,局部非准性分布的宽度增大,分布更偏斜并出现厚尾,最终形成次要峰值,这一特征表明小与大非准性共存;这种非均匀性是缺陷形成和从固体经六面体到流体的两阶段熔化的前兆。最后,我们展示,空间分区的活性提供了一种简单方法,可在局部诱导非准性和力学软化。我们的预测可被实验检验,表明可通向可调节的自适应材料力学,并对生物系统的力学调控具有启示意义。

关键词

引用

@article{arxiv.2504.06914,
  title  = {Activated solids: Spontaneous deformations, non-affine fluctuations, softening, and failure},
  author = {Parswa Nath and Debankur Das and Surajit Sengupta and Debasish Chaudhuri},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2504.06914},
  year   = {2026}
}

备注

15 pages, 16 figures; version accepted for publication in Soft Matter