【中玻網】對于大多數(shù)人來說，玻璃就是用來制作窗戶和酒瓶的一種透明材料而已。它有著像金屬、晶體以及數(shù)不勝數(shù)的其他物質所具有的固體形態(tài)，同時又和水、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，可能需要等待的時間會和目前市場的壽命一樣長。中國科學院物理研究所汪衛(wèi)華研究組轉而關注金屬玻璃（非晶合金），因為其微觀流動的時間尺度更適合實驗觀察。

　　金屬玻璃弛豫過程分兩步

　　玻璃是一類亞穩(wěn)態(tài)的材料，組成玻璃的粒子會通過緩慢運動，使得材料向能量更穩(wěn)定的狀態(tài)過渡。這些粒子的運動形式稱為弛豫。為了說明弛豫現(xiàn)象，汪衛(wèi)華院士做了一個形象的比喻：“比如在一個較擁擠的公共汽車上，剛擠上車，覺得很擠。這時系統(tǒng)處在亞穩(wěn)態(tài)。車開動以后，乘客通過微調位置，慢慢會變得寬松一些。整個系統(tǒng)變的更穩(wěn)定。乘客微調位置的運動相當于原子的弛豫?！?/p>

　　較近，汪衛(wèi)華研究組博士生羅鵬在汪衛(wèi)華院士、聞平副研究員和白海洋研究員的指導下，通過向金屬玻璃施加一個微小的力，比如拉長金屬玻璃，然后在保證玻璃長度不變的同時探測這個力隨著時間的衰減，他們發(fā)現(xiàn)向玻璃施加的力通過兩個不同的過程來釋放，而非以往認為的簡單的單一過程。

　　“研究發(fā)現(xiàn)，玻璃態(tài)的弛豫過程分為兩步：首先發(fā)生快模式，對應于原子尺度內應力驅動的類彈道運動，此時系統(tǒng)被限制在勢能阱中；隨后體系越過能量勢壘，發(fā)生更大尺度下動力學不均勻的原子重排，”汪衛(wèi)華說，“靠前步好像要從較其擁擠的公共汽車上下車的乘客，優(yōu)點地跳過了緊鄰自己的人群，并沒有讓緊鄰自己的其他人讓路；第二步就像我們平時下公交一樣，大家一起緩慢挪動?！?/p>

　　該結果表明，玻璃內部原子的緩慢流動并不簡單，存在著遠比我們想象豐富的內在特性，只不過這些現(xiàn)象被其長時間尺度所隱藏而難以發(fā)現(xiàn)。

　　據了解，金屬玻璃是一種具有無序原子結構的合金材料。通常通過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(wěn)定的非平衡狀態(tài)，從而會自發(fā)地發(fā)生非常緩慢的微觀結構演化，也就是我們通常說的老化。金屬玻璃的強度和抗腐蝕能力遠遠超過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值而被廣泛關注。

　　流動新模式關乎材料穩(wěn)定性

　　研究結果發(fā)表以后，美國物理學會官網上發(fā)表了意大利比薩大學西蒙·卡帕奇奧利教授和羅馬大學詹卡洛·洛克教授聯(lián)合撰寫的題為“金屬玻璃的弛豫過程分為兩步”的點評文章，他們認為兩步弛豫現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)促進了非晶弛豫和老化之間關系這一凝聚態(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)動力學問題，而且有助于設計具有豐富功能特性和高穩(wěn)定性的玻璃材料。

　　西蒙·卡帕奇奧利和詹卡洛·洛克指出，汪衛(wèi)華團隊的工作表明金屬玻璃實際上提供了一個在實驗室時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。硬質玻璃在變形條件下具有發(fā)生松弛的趨勢，這一性質可能會影響材料的使用。而他們的發(fā)現(xiàn)使得研究者認清這一過程，從而有助于指導如何提高其功能特性和穩(wěn)定性。該發(fā)現(xiàn)表明，在短時間尺度內玻璃中一直活躍著某種微觀運動模式，而材料在使用過程中必須考慮這一模式以確保其穩(wěn)定的性能。