晶體在外部熱或應(yīng)力激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)主要發(fā)生在在明確的結(jié)構(gòu)缺陷，如位錯(cuò)。然而無(wú)序固體缺乏長(zhǎng)程對(duì)稱性，不具備傳統(tǒng)缺陷。過(guò)去幾十年里已有一些現(xiàn)象學(xué)模型來(lái)理解無(wú)序固體中塑性重排的結(jié)構(gòu)起源。這些模型的共識(shí)是無(wú)序固體的原子重排源于一些堆積松散的區(qū)域。最近研究人員通過(guò)采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法確定了與重排相關(guān)的結(jié)構(gòu)缺陷，使用非仿射平方位移來(lái)定義每個(gè)原子的微觀結(jié)構(gòu)量，“柔度”。雖然之前大量的機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)證明了機(jī)器學(xué)習(xí)參數(shù)確實(shí)為研究結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性提供了強(qiáng)有力的線索，但仍存在一些不足。首先研究都是基于有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，需要利用動(dòng)態(tài)信息對(duì)訓(xùn)練中的重排原子和非重排原子進(jìn)行分類。其次這些工作采用的訓(xùn)練預(yù)測(cè)模型是特定于系統(tǒng)的，因此在建立跨成分的普適性的結(jié)構(gòu)-塑性關(guān)聯(lián)能力方面受到限制。第三，監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練的模型是依賴于其屬性的。因此盡管近年來(lái)已有許多有監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型和預(yù)測(cè)器被提出用于各種無(wú)序系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性預(yù)測(cè)，但這些模型的普適性仍有待解決。
基于此，北京計(jì)算科學(xué)研究中心管鵬飛研究團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)分析各種金屬玻璃系統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)由機(jī)器學(xué)習(xí)算法得到的加權(quán)函數(shù)與各個(gè)系統(tǒng)的徑向分布函數(shù)具有驚人的相似性。提出了密度漲落模型，這種簡(jiǎn)單、高效的模型可以可靠地識(shí)別在熱或應(yīng)力激活激勵(lì)下引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的微觀缺陷。同時(shí)，該模型對(duì)多種典型金屬玻璃體系具有很強(qiáng)的普適性。研究結(jié)果為揭示玻璃料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)成因提供了一條新的途徑。相關(guān)論文以題為“Machine-learning inspired density-fluctuation model of local structural instability in metallic glasses”發(fā)表在Acta Materialia上。
圖1 利用柔度預(yù)測(cè)塑性重排事件
圖2 Cu50Zr50金屬玻璃超平面法向與修正徑向分布函數(shù)的關(guān)聯(lián)
圖3徑向柔度與動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)聯(lián)
圖4 柔度和徑向柔度的區(qū)別
研究人員基于密度漲落模型將金屬玻璃的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)與徑向柔度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，該模型采用全局徑向密度分布來(lái)加權(quán)局部密度波動(dòng)特征。靈感來(lái)自機(jī)器學(xué)習(xí)的柔度模型，這可以表征局部缺陷，使探索金屬玻璃硬區(qū)和軟區(qū)成為可能。這種新的密度漲落模型可用于識(shí)別金屬玻璃的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性。與其他廣泛使用的基于靜態(tài)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)相比，這一模型可以更好地預(yù)測(cè)熱或應(yīng)力引起的結(jié)構(gòu)重排。提出的概念有助于闡明無(wú)序材料的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系，對(duì)設(shè)計(jì)新型大塊金屬玻璃具有理論指導(dǎo)意義。（文：Keep real）
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