五重原子聚集体涌现的刚性渗流实现了可控的玻璃特性

金属玻璃具有优异的机械和物理性能，是先进结构和功能应用的有前途的候选者；然而，对其玻璃转变和凝固过程缺乏理解和控制仍然是实际设计的重大障碍。尽管有许多理论和最近计算方面的进展，从液体到非晶固体的玻璃转变一直是物理学中的一个开放问题。识别伴随玻璃转变的清晰且明确定义的发散长度尺度的问题一直未获解答，转变的本质，以及究竟是否存在真正的转变而非单纯的动力学交叉，同样如此。在这里，我们利用数值结果和理论分析回答了这些问题，表明在原子（金属）玻璃形成体中，玻璃转变与从类液体到类固体材料的连续刚性渗流转变同时发生并由此引起。这种转变发生在五重对称原子团簇逐渐聚集，形成跨越系统的刚性网络，标志着机械稳定性的开始。这种渗流驱动的刚性增长伴随着剪切模量 G' 的急剧增加，表明宏观类固体行为的出现。超过这一点（与渗流结构的 Maxwell 等静点重合）后，动力学 arrest 或“冻结”阻止了进一步的演化。因此，长期寻找的发散长度尺度被确定为刚性五重团簇的渗流驱动增长，这提供了玻璃转变时局部结构基元与宏观机械性能之间的直接联系。这些见解为合理设计具有目标机械刚度、硬度和韧性的金属玻璃提供了实用途径。