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    我国学者在非晶合金玻璃转变机制研究领域取得新进展

    日期 2018-06-25   来源:工程与材料科学部   作者:邓意达 郑雁军  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:51271195、51571011、U1530401、 11790291)等资助下,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心汪卫华院士和北京计算科学研究中心管鹏飞研究员,香港城市大学杨勇教授及新加坡南洋理工大学博士后李艳伟合作,开展了非晶合金过冷液体的玻璃转变及其慢动力学行为机制的研究。结果以“Configuration Correlation Governs Slow Dynamics of Supercooled Metallic Liquids”(构型关联控制金属玻璃过冷液体的慢动力学行为)为题,于2018年6月4日发表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of AmericaPNAS, 《美国国家科学院院刊》)上,论文链接:http://www.pnas.org/content/early/2018/05/30/1802300115。

      非晶合金过冷液体发生玻璃转变 (Glass Transition)与非晶合金的形成、微观结构和宏观物性等密切相关,但其本质并不能通过传统热力学相变理论来描述,如合金熔体在玻璃转变过程中动力学急剧变慢,但实际过程中其微观结构特征变化却微乎其微。如何理解过冷液体动力学变慢以及玻璃转变微观结构起源是非晶合金领域亟需解决的核心问题之一。近年来,研究发现随着温度降低,其动力学行为变慢的同时也伴随着特殊局域几何结构特征(短程序)的演化,进而尝试建立合金熔体中短程几何结构序与慢动力学之间的关联,并将其理解为慢动力学微观结构起源。

      最近,汪卫华院士研究团队通过对受限和非受限非晶合金过冷液体计算模拟研究发现,在受限过冷液体中,其结构弛豫随着受限程度的增加而变慢,进而实现动态玻璃转变,但其几何结构短程序特征基本保持不变,即受限体系中慢动力学和几何结构短程序之间并无关联,表明短程几何结构序(如二十面体团簇等)并不能作为非晶合金体系中玻璃转变的微观结构起源。他们发现在受限状态下的非晶合金过冷液体中慢动力学与短程几何结构序之间的退耦合,构建了慢动力学与原子构型本征相似度之间的耦合关系,并发现由该相似度定义的静态关联长度才是控制非晶合金过冷液体慢动力学乃至玻璃转变的关键因素,这一静态关联长度反映了过冷液体中热力学亚稳态的空间平均尺度。该研究结果为认识非晶合金的几何结构序,了解玻璃转变本质以及建立玻璃转变的统一理论提供了新的视角。




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