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玻璃是一种特殊的固体材料,具有超强、超硬、堆积致密等典型的固体特性,同时又具有像液体一样无序的原子结构。由于玻璃态物质始终处于非平衡态,将始终向能量更低的平衡态演化,这个过程被称为结构弛豫。结构弛豫会严重影响金属玻璃的稳定性及其工程应用,而其机制尚不清楚。
在“东方”超级计算系统的支持下,中国科学院物理研究所极端条件物理重点实验室结合分子动力学模拟和动态力学实验、纳米压痕测试等多种动力学研究手段,发现了金属玻璃等紧密堆积的玻璃固体中存在继承了高温液体动力学行为的类液原子,这一发现突破了玻璃的传统微观图像,揭示出金属玻璃部分固体,部分液体的本质。通过对几种典型金属玻璃体系长时间尺度的分子动力学模拟,并利用循环应变加载技术加速金属玻璃的弛豫,观测到了金属玻璃的室温弛豫并进行了系统的表征,最终构建了无序体系从高温简单液体到室温玻璃态的完整弛豫动力学图像,为进一步理解玻璃和玻璃转变的本质提供了新的证据。
图1 通过分子动力学模拟揭示金属玻璃中的类液原子
图2 循环应变加载下的金属玻璃弛豫动力学。其动力学特征与过冷液体存在明显区别
- C. Chang, H. P. Zhang, R. Zhao, F. C. Li, P. Luo, M. Z. Li & H. Y. Bai. Liquid-like atoms in dense-packed solid glasses.Nat. Mater. 21, 1240–1245 (2022).
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责任编辑:郎杨琴
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