非晶合金作为高性能非晶材料的代表，其无序原子排布赋予材料超高强度与弹性极限，在航空航天精密轴承、微机电系统等领域具有战略应用价值。然而，微观尺度"无序中的有序"结构密码及动态-静态性能关联机制，始终是制约非晶材料理性设计的重大科学瓶颈。近日，前沿交叉科学研究中心联合北京计算科学研究中心、中国科学院力学所，基于模型非晶合金中原子对过剩低频振动模式的贡献度，揭示了非晶合金中原子堆积的拓扑不变性特征。本研究通过跨越8个数量级的等效冷却速率调控，确保了对更广泛热历史状态及其对应性能的全面探索。研究发现：低贡献度原子倾向于形成空间团簇结构，而高贡献度原子则构建出具有分形特征的支化准二维网络。这使得高贡献原子形成逾渗网络所需的临界原子分数显著低于低贡献原子。两类网络中原子连接度与贡献度的关联均呈现指数型关系，其中高贡献原子网络的敏感性更为显著。特别值得注意的是，随着体系能量降低，低频过剩峰强度逐渐减弱，但无论高/低贡献网络，其形成逾渗结构的临界原子分数始终保持不变。这一发现揭示了非晶合金原子堆积特征中隐藏的拓扑不变性规律，通过调控软/硬网络的拓扑连接度，可实现材料力学性能的定量化设计，这为开发新一代性能可编程非晶材料提供了理论支撑。

    相关研究成果以"Invariant topological feature of atomic packing in a model metallic glass"为题发表于材料科学期刊《Acta Materialia》2025年第289卷（https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.120925），北京计算科学研究中心康恒博士为第一作者，中国科学院宁波材料所前沿交叉科学研究中心管鹏飞研究员和中科院力学所王云江研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金（T2325004）、国家自然科学基金（12088101、12472112）中国科学院战略性先导科技专项（XDB0620103、XDB0510301）、国家青年基金（52201169）项目的支持。

图1 非晶合金原子堆积的拓扑不变性特征