北京大学物理学院量子材料科学中心徐莉梅教授与北京师范大学系统科学学院武振伟副教授、法国蒙彼利埃大学Walter Kob教授和中国科学院物理研究所汪卫华院士等合作，在无序玻璃物质中的拓扑缺陷与材料塑性关联的研究上取得进展。研究成果以《振动模式的拓扑结构预测玻璃材料塑性事件》（Topology of vibrational modes predicts plastic events in glasses）为题，在2023年5月24日在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications），并被编辑精选亮点评述。玻璃态材料广泛存在于自然界中，其结构缺乏长程有序性，但能够承载形变并表现出独特的物性，例如在受到拉伸或剪切力时发生屈服。在固体材料中，缺陷是承载形变的基本单位，也是调控材料性质的重要手段。玻璃中存在位错线并影响其性能的想法已有50多年的历史，然而，在玻璃态物质中，传统晶体中常见的位错和旋向失配等缺陷没有明确定义（图1）。因此，在“无序”中如何寻找“无序”、定位缺陷，并将其与材料性能关联是一项具有挑战性的任务。拓扑缺陷存在于物理系统中的局部有序性破坏或者非平凡拓扑结构的区域，在凝聚态物理领域已被广泛应用，定义和量化有序性和无序性，并在不同材料的性质中起到关键作用，如电导性、磁性、力学性质等。徐莉梅课题组与合作者在无序玻璃中发现，人们一直追寻的结构缺陷隐藏在振动本征模态矢量场的拓扑结构中。他们首次在玻璃的静态结构中从振动模态矢量场中的拓扑信息识别出拓扑缺陷，并发现这些拓扑缺陷与玻璃材料的塑性行为密切相关（图2）。这表明系统本征矢量中的奇异点对于深入理解非晶固体断裂过程的关键，使得从未受扰动的系统的振动模式来直接预测样品的屈服成为可能。