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Low-energy non-linear excitations in sphere packings
Indexado
WoS WOS:000322906900017
Scopus SCOPUS_ID:84881401291
DOI 10.1039/C3SM50515D
Año 2013
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



We study theoretically and numerically how hard frictionless particles in random packings can rearrange. We demonstrate the existence of two distinct unstable non-linear modes of rearrangement, both associated with the opening and the closing of contacts. The first mode, whose density is characterized by some exponent theta', corresponds to motions of particles extending throughout the entire system. The second mode, whose density is characterized by an exponent theta not equal theta', corresponds to the local buckling of a few particles. Extended modes are shown to yield at a much higher rate than local modes when a stress is applied. We show that the distribution of contact forces follows P(f) similar to f(min(theta',theta)), and that imposing the restriction that the packing cannot be densified further leads to the bounds gamma >= 1/2 + theta' and gamma >= 1 - theta/2, where gamma characterizes the singularity of the pair distribution function g(r) at contact. These results extend the theoretical analysis of [Wyart, Phys. Rev. Lett., 2012, 109, 125502] where the existence of local modes was not considered. We perform numerics that support that these bounds are saturated with gamma approximate to 0.38, theta approximate to 0.17 and theta' approximate to 0.44. We measure systematically the stability of all such modes in packings, and confirm their marginal stability. The principle of marginal stability thus allows us to make clearcut predictions on the ensemble of configurations visited in these out-of-equilibrium systems, and on the contact forces and pair distribution functions. It also reveals the excitations that need to be included in a description of plasticity or flow near jamming, and suggests a new path to study two-level systems and soft spots in simple amorphous solids of repulsive particles.

Revista



Revista ISSN
Soft Matter 1744-683X

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Disciplinas de Investigación



WOS
Physics, Multidisciplinary
Chemistry, Physical
Materials Science, Multidisciplinary
Polymer Science
Scopus
Sin Disciplinas
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Lerner, Edan Hombre NYU - Estados Unidos
New York University - Estados Unidos
2 During, Gustavo Hombre NYU - Estados Unidos
Pontificia Universidad Católica de Chile - Chile
New York University - Estados Unidos
3 Wyart, M. Hombre NYU - Estados Unidos
New York University - Estados Unidos

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Origen de Citas Identificadas



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Citas Identificadas: 1.98 %
Citas No-identificadas: 98.02 %

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Citas Identificadas: 1.98 %
Citas No-identificadas: 98.02 %

Financiamiento



Fuente
National Science Foundation
MRSEC Program of the National Science Foundation
Petroleum Research Fund
Sloan Fellowship
Directorate for Mathematical and Physical Sciences

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Agradecimientos



Agradecimiento
We thank A. Grosberg and P. Hohenberg for discussions, and Noa Lahav for help with the graphics. This work has been supported primarily by the MRSEC Program of the National Science Foundation DMR-0820341, by the Sloan Fellowship, by the National Science Foundation DMR-1105387, and by the Petroleum Research Fund #52031-DNI9.

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