金属玻璃中剪切带介导塑性的“蝴蝶效应”

金属玻璃以复杂且不均匀的方式对机械应力作出响应，塑性应变高度局部化为纳米尺度的剪切带。与晶体固体中明确的变形机制相反，理解金属玻璃的力学响应机制及其与宏观塑性的内在关联仍是长期存在的问题。通过实验与理论分析相结合，我们表明金属玻璃中的剪切带过程表现出复杂的混沌动力学，其体现为环面破坏相图的存在、正的李雅普诺夫指数以及分形李雅普诺夫维数。我们还证明，在相同条件下测试金属玻璃时实验观察到的大塑性涨落可由混沌剪切带动力学解释，这可能导致失控剪切带临界条件出现的不确定性。从物理上看，混沌剪切带动力学源于剪切带内结构无序化与温升之间的相互作用。通过调节变形参数，混沌动力学可转变为周期轨道态，对应于金属玻璃中较小的塑性涨落。我们的结果表明，金属玻璃的塑性流动是一个复杂的动力学过程，对初始条件高度敏感，并令人联想到许多复杂动力学系统中观察到的“蝴蝶效应”。