摘要：这与晶体中发生的情况相反，晶体的有序结构有利于对其进行数学描述，以及对这些“缺陷”的识别，这些缺陷实际上控制着晶体的物理特性，例如其塑性屈服和熔化，或电流在其中传播的方式。

无定形物质是宇宙中可见物质最丰富的形式，包括所有结构无序的系统，例如生物细胞或玻璃和聚合物等基本材料。

非晶态材料是一种固体，其分子和原子形成无序结构，这意味着它们在空间中不占据规则的、明确的位置。

这与晶体中发生的情况相反，晶体的有序结构有利于对其进行数学描述，以及对这些“缺陷”的识别，这些缺陷实际上控制着晶体的物理特性，例如其塑性屈服和熔化，或电流在其中传播的方式。

拓扑缺陷尤为重要，它在数学上被描述为有序模式内的奇点，并且围绕该奇点，某个量的积分在绕过缺陷一圈后会改变其值。

控制系统机械性质的拓扑缺陷的著名例子是涡旋、反涡旋、孤子和位错。

在玻璃等非晶系统或随机的神经元连接网络中，直到 2021 年才首次在数值模拟中观察到拓扑缺陷，这要归功于我在米兰大学的研究团队与上海交通大学的 Matteo Baggioli 和美国陆军研究实验室的 Tim Sirk 合作对玻璃材料进行的计算机模拟。

后来，中国、法国和美国的其他团队在计算机数字模拟的不同玻璃系统中复制了我们的观察结果。除了计算机模拟中的观察结果外，直到今天还没有报道出这些拓扑缺陷在现实非晶态材料中存在的证据。

现在，由于采用了特殊的数值分析方法处理视频显微镜实验数据，我和我的同事已经能够清楚地识别出实验室中通过随机组装磁性胶体粒子而制成的非晶态胶体玻璃中的拓扑缺陷。

该研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

粒子之间的相互作用可以通过外部磁场进行精细调节。实验数据由我的同事 Peter Keim 教授在德国康斯坦茨大学收集，我和他在哥廷根开始合作，我们分别担任马克斯·普朗克小组组长（Peter）和客座高斯教授（我自己），由哥廷根科学院资助。

我个人认为，实验证明无序系统中存在拓扑缺陷是凝聚态物理学的一个转折点，因为它为合理控制和操纵非晶态材料和系统的物理性质的可能性铺平了道路，对人工智能、生物神经系统甚至宇宙的大尺度结构都有重要意义。

在正在进行的工作中，我正在与实验人员合作，检测在变形的非晶态材料中新发现的拓扑缺陷，试图识别和预测材料中

更容易发生机械故障的区域。

来源：鑫鑫聊科学