【中玻網(wǎng)】金屬玻璃指具有非晶態(tài)結構的金屬，兼有金屬和玻璃的特性，具有許多優(yōu)異的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，有望成為一種新的金屬材料。
　　
　　與所有非晶態(tài)材料一樣，金屬玻璃中的原子排列不具有長(cháng)程有序性。但是，金屬玻璃中的原子可能存在短程序甚至中程序，而其排列本質(zhì)仍然是凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域較引人注目的科學(xué)謎團之一。遺憾的是，現有的結構表征手段多是基于晶體材料發(fā)展起來(lái)的，很難辨別金屬玻璃微觀(guān)結構之中的細微差別，也無(wú)法解釋結構相近的金屬玻璃之間性能差異巨大的原因。
　　
　　較近，Nature雜志子刊Nature Communications發(fā)表了中國人民大學(xué)物理系李茂枝教授研究組與北京大學(xué)工學(xué)院劉凱欣教授研究組、中科院物理所汪衛華研究組合作的研究工作(Nature Communications 6,6035 (2015))，給出了新的見(jiàn)解。李茂枝教授及其合作者采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，通過(guò)對幾個(gè)具有代表性的金屬玻璃結構的衍射特征峰進(jìn)行更加詳盡細致的分析后發(fā)現，非晶結構遺傳了部分晶體結構中原子排列的球周期序列。對于合金而言，所遺傳的球周期序列之間還會(huì )發(fā)生拓撲糾纏。這一發(fā)現為金屬熔體冷卻過(guò)程中舒緩金屬熔體發(fā)生晶化并較終形成玻璃態(tài)提供了一個(gè)新的微觀(guān)結構演化的物理圖像。
　　
　　李茂枝及其合作者發(fā)現，金屬玻璃的衍射特征峰背后隱含著(zhù)金屬玻璃中程序的結構信息。對于單質(zhì)金屬玻璃而言，隱含的中程序與相應的金屬晶體中的球周期序緊密相關(guān)，表明在玻璃形成過(guò)程中單質(zhì)金屬玻璃遺傳了部分晶體的球周期序，這也意味著(zhù)金屬玻璃與金屬晶體之間存在著(zhù)非凡的結構同源性。隨著(zhù)金屬玻璃體系中化學(xué)組元的增加，這些中程尺度上隱含序的種類(lèi)會(huì )隨之增加。研究人員進(jìn)一步發(fā)現，這些隱含拓撲序無(wú)一例外地遺傳了部分面心立方或體心立方晶格結構的球周期序列（如圖所示），并且遺傳不同球周期序列的隱含拓撲序之間會(huì )發(fā)生拓撲糾纏。研究結果表明，金屬玻璃中隱含序拓撲糾纏的強烈與否，與該金屬合金體系的玻璃形成能力之間存在明顯的對應關(guān)系（如圖所示），這為實(shí)驗上尋找玻璃形成能力強的金屬合金體系提供了新的理論思路。該研究成果也為衡量金屬合金玻璃形成能力強弱的經(jīng)驗原則---混亂原則提供了微觀(guān)結構的理解，同時(shí)為進(jìn)一步深入認識和理解非晶材料衍射數據所隱含的微觀(guān)結構信息提供了新的分析方法和思路。
　　
　　該項研究工作得到了國家自然科學(xué)設立資金項目(Nos.51271197,51271195,11028206,10972010,11332002)和科技部973項目的資助。

　　面心立方（fcc）和體心立方（bcc）晶格結構的標準結構譜。紅線(xiàn)和藍線(xiàn)分別代表標準譜中fcc和bcc晶格結構中原子間距離的特征值。對于金屬玻璃而言，部分對關(guān)聯(lián)函數的特征峰遺傳了標準譜里的特征值。可以看出，金屬玻璃的隱含拓撲序是通過(guò)從標準晶體結構譜里遺傳一個(gè)或者多個(gè)特征值序列而形成的。通常隨著(zhù)化學(xué)成分的增多，更多的隱含拓撲序在玻璃形成過(guò)程中經(jīng)過(guò)遺傳而形成。遺傳越多的隱含序意味著(zhù)該金屬合金體系的玻璃形成能力越強。(注：GFA:glass-forming ability)