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2025-07-03 15:01:00
3Dガラス内のトポロジーチャージQを介して定義されたヘッジホッグトポロジカル欠陥のユーモラスな絵の表現。クレジット：Matteo Baggioli
私は常に、材料がどのように分解されるか、特に通常の結晶構造を持たないグラスとポリマーに魅了されてきました。脱臼などを通して可塑性を理解している結晶とは異なり、メガネのようなアモルファス材料は厄介です。分析するきちんとした格子はありません。そのため、ストレスの下でどこでどのように変形するかは、大きな未解決の問題です。
2つの次元では、私の研究グループや私を含む研究者は、眼鏡の弱い斑点を特定するために、原子の動きや振動の渦のようなパターンで見ているトポロジーアプローチを使用し始めました。これには、2次元スライスのトポロジカル欠陥を見つけるための3Dメガネのスライスも含まれていました。それは私が疑問に思っていました：私たちは3次元で同様のことをすることができますか、そして重要なことに、ガラスを2D層にスライスする必要はありませんか？
で公開されたこの作品で 自然コミュニケーション、分析を実施した私のポスドク・アラビンダ・ベラ博士と、長年の協力者マッテオ・バギオリ教授と一緒に、私たちはできることを示しています。ハリネズミと呼ばれる一種のトポロジカル欠陥を使用します。これは、ベクターフィールドのポイントのような歪みです。これは、ヘッジホッグの棘のように、スペースの小さな矢印がすべて外側または内側にある場合のようです。これらの種類の欠陥は、軟質物理学、特に液晶でよく知られていますが、以前に3Dアモルファス固体に適用されるのを見ていませんでした。
シミュレートされたポリマーメガネを採取し、原子がプラスチックイベントの直前とその間にどのように移動するかを研究しました（材料が永続的に変形するとき）。低エネルギーの振動モードと実際の非アフィン変位フィールドの両方を調べました（これは、粒子が単純な弾性ストレッチを超えてどのように移動するかを示しています）。私たちが見つけたのは印象的でした。これらのハリネズミの欠陥は、プラスチックの再配列がどこで発生するかを正確にクラスター化する傾向があります。
さらに興味深いことに、これらの欠陥のいくつかは、2Dの抗vortexの3Dバージョンのようなものである「双曲線」構造を備えており、それらはプラスチックスポットと特に相関しているようです。言い換えれば、この材料は、それが道を譲る場所で微妙に合図しており、その信号はトポロジカルに読むことができます。
これをさらにエキサイティングにするのは、これらの欠陥を見つけるために複雑な振動モードを計算する必要がないことです。粒子変位を測定するだけで十分です。これにより、実際の実験でこれをテストする可能性が開かれます。
私にとって、この作品は、アモルファス固体の可塑性のトポロジ理論を構築するための一歩です。これは、隠された弱点を理解することで、より強く、より信頼性の高いメガネとポリマーを設計するのに役立つ可能性があります。
このストーリーは、Science Xの対話の一部であり、研究者は公開された研究記事からの調査結果を報告できます。 Science Xダイアログと参加方法については、このページをご覧ください。
詳細：
Arabinda Bera et al、3Dアモルファス固体のヘッジホッグトポロジカル欠陥、 自然コミュニケーション （2025）。 2：10.1038/S41467-025-61103-7
Alessio Zacconeは博士号を取得しました。 2010年のETHチューリッヒ化学部から2011年から2014年まで、彼はケンブリッジ大学のキャベンディッシュ研究所のオッペンハイマー研究員でした。ミュンヘン工科大学（2014–2015）とケンブリッジ大学（2015–2018）の学部に勤務した後、彼は2022年以来ミラノ大学の物理学部の理論物理学の完全な教授であり、理論物理学の議長を務めています。 ERCコンソリダーターグラント「マルチメク」）。研究対象は、無秩序なシステムの統計物理学（ランダムパッキング、ジャミング、グラス、ガラス遷移、コロイド、非平衡熱力学）から、固体物理学および超伝導性にまで及びます。
引用：3次元のメガネ（2025年7月3日）のハリネズミのトポロジー欠陥を発表しました2025年7月3日にhttps://phys.org/news/2025-07-unveiling-hedgehedgog-topological-defects-dimensional.htmlから取得
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#3次元のメガネでのハリネズミのトポロジカル欠陥を発表します