“玻璃”科学家发现金属玻璃存在类液原子

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本报讯（记者韩扬眉）中科院物理研究所极端条件物理重点实验室研究员白海洋等人，运用动态力学实验、纳米压痕测试和分子动力学模拟等多种动力学研究手段，发现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。这些类液原子没有被冻结，在室温下可快速地扩散，有效黏度只有107帕秒，比金属玻璃在玻璃转变温度的黏度低了至少6个数量级。这一发现突破了玻璃的传统微观图像，揭示了金属玻璃部分固体、部分液体的本质。近日，相关研究在线发表于《自然—材料》。

玻璃材料在生活中随处可见，然而，科学家却无法给出清晰的玻璃微观结构和动力学图像。此外，尽管玻璃具有和液体类似的微观结构，但一般认为其内部原子均已失去像液体一样大范围运动的能力。

该研究中，研究人员通过实验在金属玻璃中发现了类液原子。研究人员使用动力学激发的方式去探究玻璃内部的原子运动，即当外加扰动的频率与内部原子运动的频率相当时，原子运动与外场发生共振吸收，从而在实验中能测量到特征的损耗峰。研究重点关注的是金属玻璃在低温下出现的损耗峰，即快弛豫峰。与以往研究相比，这一动力学模式观察到金属玻璃中存在超出传统认识的运动更快的原子。

对大量不同体系动力学激活能的测量表明，快弛豫的激活能和高温液体动力学的激活能保持一致。

研究发现，在室温下部分具有局部无序拓扑环境的Al原子会发生类似熔化的长程扩散行为，并呈现出链状运动的特征。这种链状运动在高温液体中已产生，且随温度降低越来越显著，直至在玻璃固体中表现为低温下的快动力学模式，意味着类液原子的继承本质上是对链状运动模式的继承。

研究人员认为，对于金属玻璃中类液原子的研究，加深了科学家对于玻璃本质的认识，即玻璃态其实是一种部分是固态、部分是液态的奇异状态。这种新的物理图像澄清了玻璃在低温下快弛豫模式的起源，并将有助于构建玻璃的动力学—性质关系。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41563-022-01327-w

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