【中玻網(wǎng)】對于大多數人來(lái)說(shuō)，玻璃就是用來(lái)制作窗戶(hù)和酒瓶的一種透明材料而已。它有著(zhù)像金屬、晶體以及數不勝數的其他物質(zhì)所具有的固體形態(tài)，同時(shí)又和水、酒精等許多液體一樣晶瑩剔透。它既可以脆弱得不堪一擊，又可以堅韌非常。從表面上看，玻璃更像固體，但內部原子排列卻更接近液體。

　　但是，如果我們想要在室溫下探測到氧化硅玻璃的流動(dòng)，可能需要等待的時(shí)間會(huì )和目前市場(chǎng)的壽命一樣長(cháng)。中國科學(xué)院物理研究所汪衛華研究組轉而關(guān)注金屬玻璃（非晶合金），因為其微觀(guān)流動(dòng)的時(shí)間尺度更適合實(shí)驗觀(guān)察。

　　金屬玻璃弛豫過(guò)程分兩步

　　玻璃是一類(lèi)亞穩態(tài)的材料，組成玻璃的粒子會(huì )通過(guò)緩慢運動(dòng)，使得材料向能量更穩定的狀態(tài)過(guò)渡。這些粒子的運動(dòng)形式稱(chēng)為弛豫。為了說(shuō)明弛豫現象，汪衛華院士做了一個(gè)形象的比喻：“比如在一個(gè)較擁擠的公共汽車(chē)上，剛擠上車(chē)，覺(jué)得很擠。這時(shí)系統處在亞穩態(tài)。車(chē)開(kāi)動(dòng)以后，乘客通過(guò)微調位置，慢慢會(huì )變得寬松一些。整個(gè)系統變的更穩定。乘客微調位置的運動(dòng)相當于原子的弛豫。”

　　較近，汪衛華研究組博士生羅鵬在汪衛華院士、聞平副研究員和白海洋研究員的指導下，通過(guò)向金屬玻璃施加一個(gè)微小的力，比如拉長(cháng)金屬玻璃，然后在保證玻璃長(cháng)度不變的同時(shí)探測這個(gè)力隨著(zhù)時(shí)間的衰減，他們發(fā)現向玻璃施加的力通過(guò)兩個(gè)不同的過(guò)程來(lái)釋放，而非以往認為的簡(jiǎn)單的單一過(guò)程。

　　“研究發(fā)現，玻璃態(tài)的弛豫過(guò)程分為兩步：首先發(fā)生快模式，對應于原子尺度內應力驅動(dòng)的類(lèi)彈道運動(dòng)，此時(shí)系統被限制在勢能阱中；隨后體系越過(guò)能量勢壘，發(fā)生更大尺度下動(dòng)力學(xué)不均勻的原子重排，”汪衛華說(shuō)，“靠前步好像要從較其擁擠的公共汽車(chē)上下車(chē)的乘客，優(yōu)點(diǎn)地跳過(guò)了緊鄰自己的人群，并沒(méi)有讓緊鄰自己的其他人讓路；第二步就像我們平時(shí)下公交一樣，大家一起緩慢挪動(dòng)。”

　　該結果表明，玻璃內部原子的緩慢流動(dòng)并不簡(jiǎn)單，存在著(zhù)遠比我們想象豐富的內在特性，只不過(guò)這些現象被其長(cháng)時(shí)間尺度所隱藏而難以發(fā)現。

　　據了解，金屬玻璃是一種具有無(wú)序原子結構的合金材料。通常通過(guò)快速冷卻高溫合金液體得到。這種金屬結構相對于原子排列有序的晶體而言處于一種亞穩定的非平衡狀態(tài)，從而會(huì )自發(fā)地發(fā)生非常緩慢的微觀(guān)結構演化，也就是我們通常說(shuō)的老化。金屬玻璃的強度和抗腐蝕能力遠遠超過(guò)同成分的原子排列有序的晶態(tài)金屬，這使得它們具有特殊應用價(jià)值而被廣泛關(guān)注。

　　流動(dòng)新模式關(guān)乎材料穩定性

　　研究結果發(fā)表以后，美國物理學(xué)會(huì )官網(wǎng)上發(fā)表了意大利比薩大學(xué)西蒙·卡帕奇奧利教授和羅馬大學(xué)詹卡洛·洛克教授聯(lián)合撰寫(xiě)的題為“金屬玻璃的弛豫過(guò)程分為兩步”的點(diǎn)評文章，他們認為兩步弛豫現象的發(fā)現促進(jìn)了非晶弛豫和老化之間關(guān)系這一凝聚態(tài)物理難題的解決，不但能幫助我們更加一體地理解知之甚少的非平衡玻璃態(tài)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，而且有助于設計具有豐富功能特性和高穩定性的玻璃材料。

　　西蒙·卡帕奇奧利和詹卡洛·洛克指出，汪衛華團隊的工作表明金屬玻璃實(shí)際上提供了一個(gè)在實(shí)驗室時(shí)間尺度上研究玻璃如何恢復平衡態(tài)的非常有用的模型體系。硬質(zhì)玻璃在變形條件下具有發(fā)生松弛的趨勢，這一性質(zhì)可能會(huì )影響材料的使用。而他們的發(fā)現使得研究者認清這一過(guò)程，從而有助于指導如何提高其功能特性和穩定性。該發(fā)現表明，在短時(shí)間尺度內玻璃中一直活躍著(zhù)某種微觀(guān)運動(dòng)模式，而材料在使用過(guò)程中必須考慮這一模式以確保其穩定的性能。