液体和晶体之间一般通过一阶相变转化（如水结冰）。液体和非晶固体之间的相变是一阶还是二阶？有什么特性？中国科学院理论物理研究所金瑜亮课题组通过研究Jamming相变发现，液体-非晶固体间的一阶相变与普通液-固相变有不同的标度行为，是一种“无序一阶相变”（first-order phase transition with quenched disorder)。该研究成果近日发表于Nature Communications，理论所博士生邓越、助理研究员潘登参与了此项研究工作。

很多常见软物质无序体系，比如颗粒物质、泡沫、乳液和细胞等，都可以在加压或剪切的条件下从可流动液态转变为非晶固态——称为jamming相变。Jamming相变发生前后体系构型都是无序的，且都处于热力学非平衡态。Jamming相变是非平衡统计物理和无序固体物理研究的前沿之一，然而，对于其物理本质，比如是一阶还是二阶相变、属于哪个普适类等，仍无定论。根据一般相变理论的分类，jamming相变似乎既具有一阶相变特征（序参量平均接触数在相变处突变），又具有二阶相变特征（有限剪切速率下体系关联长度在相变处发散）。

本研究表明，在零温和准静态加载的情况下，jamming相变是一种无序一阶相变。在 jamming相变中，涨落-耗散关系并不满足涨落量χdis和响应量χcon之间不相等，而满足平方关系（图1）——后者是无序一阶相变的典型特征，其原因是体系的涨落主要由无序主导，热涨落效应则可以忽略。除了jamming相变，随机场伊辛模型的一阶相变、非晶固体脆性屈服、超稳玻璃融化等无序体系的相变也属于无序一阶相变。

该研究工作得到了国家自然科学基金委员会、中国科学院和国科温州研究院的基金支持。作者感谢与李欣阳的有益讨论，以及中国科学院理论物理研究所高性能计算平台的支持。

原文连接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51319-4

图1：涨落量χdis和响应量χcon在jamming相变处满足平方关系。