非晶合金因展现出一系列优异的力学、物理以及化学性能，在基础科学研究及高新技术领域中已展现出重要的学术价值和应用潜力。 然而， 由于本征的长程无序结构， 非晶合金在室温下的塑性变形往往高度局域化，限制在宽度为数十纳米的带状区域内， 形成纳米尺度的剪切带。 剪切带的涌现以及快速扩展往往导致材料塑性失稳，发生宏观脆性灾变破坏。这严重制约了非晶合金作为结构材料的应用前景。 因此， 厘清非晶合金塑性失稳机制， 探明剪切带涌现的物理过程，是固体力学、凝聚态物理、材料科学领域广泛关注的核心科学问题。

  本质上，非晶合金中剪切带的涌现是一个远离热力学平衡状态的多时空尺度耦合的复杂非线性过程。 空间上，本征的无序结构会引起变形以及动力学行为的不均匀性。时间上，涵盖原子振动、 局部结构重排、塑性流动等多个速率过程。这些事件均具有各自的特征空间和时间尺度，他们的关联耦合推动非晶合金内部的变形局部化行为以及剪切带的涌现。 极度的时空局域性以及各个尺度事件之间的强耦合作用是理解剪切带涌现机制的关键挑战。此外，由于非晶合金本征的无序原子排列特征，基于有序结构的经典凝聚态理论很难有效地刻画非晶合金的塑性失稳过程。因此， 对非晶合金无序结构的表征以及探索变形局部化的结构起源是认识剪切带涌现以及塑性失稳机制的又一关键挑战。

  为此，本文针对非晶合金的剪切带涌现机制这一关键科学问题，基于原子尺度认识的角度，探索了塑性失稳的结构起源、揭示了剪切带涌现的物理图像、澄清了剪切带的软化机制、建立了剪切带涌现与玻璃转变相关性。为实现非晶合金剪切带行为的表征、预测和控制奠定了理论基础。 取得的具体结果包括：

  剪切带涌现的结构起源： 首先， 通过对不同化学组分的非晶合金的剪切带行为开展原子尺度模拟，揭示了剪切带敏感性对局部化学组分不均匀性的强烈依赖行为。 体系化学短程序水平较高的样品剪切带敏感程度更强，更容易形成剪切带。该工作从局部化学组分的角度出发，丰富了对非晶合金剪切带涌现结构起源的认识。 进一步，将对剪切带涌现结构起源的认识从体系水平拓展至原子尺度。 通过知识驱动以及数据驱动等策略定义了多种新型的原子尺度结构缺陷。这些结构缺陷的定量表征为全面认识非晶合金剪切带涌现的结构起源提供了有效的结构模型。此外，这些结构指标还能准确地预测非晶合金的动力学行为，从而建立了复杂体系领域长期寻求的结构-性能关联。

  剪切带涌现的时空序列： 在外载激励下，结构缺陷处的原子倾向于参与塑性重排事件。剪切带涌现过程内蕴三种基本团簇运动： 剪切、体胀、旋转，这三种团簇运动的强耦合使得剪切带涌现过程的原子尺度物理图像仍不明朗。 基于对无序介质变形场的细致分析，我们提出了耦合仿射和非仿射变形信息的理论模型—两项梯度模型，成功解耦了非晶合金剪切带涌现过程内蕴的剪切、体胀、旋转。在此基础上，将经典剪切转变区的概念进一步细分为剪切主导区、体胀主导区、旋转主导区。通过追踪这三个原子团簇运动的演化规律，给出了非晶合金剪切带涌现的原子尺度时空序列，揭示了体胀主导初始塑性事件以及三个运动从一致分布到间隔分布转变的物理图像。此外，结合极值理论与逾渗分析发现了非晶合金剪切带涌现过程的临界幂律标度规律，指出该过程是一个定向的逾渗行为。

  剪切带涌现的软化机制： 非晶合金剪切带的涌现过程伴随材料的软化行为，关于剪切带涌现的软化机制存在长期广泛的国际争议，即剪切带是由热诱导的还是由构型软化引起的。 基于大量的分子动力学模拟，我们在原子尺度讨论这个问题。 通过将局域温度定义为热软化指标，将原子构型温度定义为表征构型软化引起的结构失稳参量，进而定量刻画剪切带演化过程中热软化与构型软化的时空演化。大量的构型温升表明非晶合金剪切带是由构型软化主控，此过程热温度的影响甚小。构型软化发生在剪切带涌现之前，是剪切带形成的根本原因，而热软化事件发生在剪切带涌现之后，是剪切带形成带来的结果。基于此，提出非晶合金剪切带涌现过程遵循构型软化主控，热软化辅助的机制。

  剪切带行为与玻璃-液体转变一致性： 在上述对剪切带涌现结构场、变形场描述的基础上，进一步通过表征非晶合金剪切带涌现过程的动力学、热力学以及微观结构等演化特征， 揭示了其与玻璃-液体转变过程的相似性。厘清了力载荷和温度载荷在控制非晶合金的动力学行为、热力学特征以及结构演化等方面具有相似的效应。本质上，非晶合金剪切带的涌现可以看作是外力作用引起的玻璃-液体转变过程。