不定形系统的Jamming和玻璃化转变的数值和理论研究

本项目的研究针对目前软凝聚态物理的一些前沿问题，例如jamming和玻璃化转变，旨在深化我们对这些问题的认识，弥补国内在这些领域的空白，推进国内软物质的研究，及加强国内外的合作。项目主要由三个课题组成： 1. Jammed系统的能量图景（energy landscape）的数值研究; 2. 胶体的jamming和玻璃化转变; 3. 球链的jamming及玻璃化转变。这些课题都是目前国际上该领域研究的焦点和发展趋势，对解决玻璃化转变这一长期困扰凝聚态物理的难题，探讨物质jamming转变的特性，及jamming转变和玻璃化转变的内在关系有重要的意义。申请人有从事该领域研究的丰富经验，做出了一些有影响的重要工作。申请人将运用分子动力学和蒙特卡罗等数值模拟方法对这些问题进行探讨，并与一些实验组合作，对实验现象做出预言和理论解释。

在基金的支持下，我们对不定形体系的Jamming和玻璃化转变进行了系统的研究，基本执行了项目计划的研究内容。主要的研究成果包括：构建了基于自由能计算的统计物理模型，实现了对势能图景中单一势阱体积的直接计算；发现胶体体系在密度增大发生非晶液-固转变时存在多个过程，表明零温Jamming转变的临界性；发现在高密度区域存在可重入玻璃化转变，并且由零温Jammed固体的特性给出了解释；提出了由零温玻璃的结构和振动特性理解玻璃化转变的新思路；构建了恒定剪切应力下快速寻找势能图景中局域势能极小态的数值模型，用以计算Jammed体系的屈服应力，并发现了零温Jamming转变的统一有限尺度标度；揭示了颗粒体系剪切增稠的机理以及剪切稀释-剪切增稠转变的结构和动力学特征。共发表了5篇SCI论文，包括2篇Physical Review Letters、1篇Nature Physics和2篇Soft Matter，1篇论文正在Physical Review Letters审稿，还有1篇论文已经完成写作，即将投稿。项目负责人2013年获得国家自然科学基金委杰出青年科学基金的资助，多次在国内外重要学术会议上做邀请报告，已培养毕业1名硕士生，并正在培养8名博士生。