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标题: 科研人员在实行中发现金属玻璃中存在类液原子 [打印本页]

作者: 国庆阅兵 时间: 2022-11-22 16:40
标题: 科研人员在实行中发现金属玻璃中存在类液原子
来源：【科学网】
克日，《自然—材料》在线发表了中国科学院物理研究所极度条件物理重点实行室研究员白海洋等人与互助者的最新研究结果。研究运用动态力学实行、纳米压痕测试和分子动力学模拟等多种动力学研究手段，发现金属玻璃等精密堆积的玻璃固体中存在继续了高温液体动力学举动的类液原子。这些类液体原子没有被冻结，在室温下可快速地扩散，有效粘度只有107帕秒，比金属玻璃在Tg的粘度低了至少6个数量级。这一发现突破了玻璃的传统微观图像，揭示了金属玻璃部门固体、部门液体的本质。
根据原子活动状态的差异，物质通常可分为固、液、气3种状态，3态之间有显着区别，比方，液态的水和固态的冰，固液两相即使充分混合仍会存在清楚的边界。然而，一些最新的研究却挑战我们对物态的基本熟悉，即在极度条件或特殊体系中，单相的物质可以处于既是固态也是液态的奇异状态，也就是固体中存在部门可以像液体一样扩散的原子。比方，冰在高温高压下，如天王星、海王星等冰巨行星的内部，处于一种奇异的超离子态，氧原子固定在平衡位置附近振动，氢原子则可以像在液体中一样自由扩散。
使锂离子在固体中能够像在液体电解质中一样快速穿梭，是实现更加安全高效的全固态锂电池的核心题目之一。因此，这种固体中包含液体的征象吸引着差异领域科学家越来越多的关注。
玻璃是特殊的固体材料，具有超强、超硬、堆积致密等典范的固体特性，以及如同液体一样无序的原子结构，是典范的复杂体系。玻璃材料在生存中到处可见，且人类使用玻璃已有上千年历史。然而，科学家却无法给出清楚的玻璃微观结构和动力学图像。别的，尽管玻璃具有和液体类似的微观结构，但一般以为其内部原子均已失去像液体一样大范围活动的能力，故玻璃通常被称为冻结的液体。
该研究中，研究人员通过实行在金属玻璃中发现了类液原子。
一般而言，在实行上，直接观测原子的活动颇为困难。该研究中，研究人员使用动力学引发的方式去探究玻璃内部的原子活动，即当外加扰动的频率与内部原子活动的频率相当时，原子活动与外场发生共振吸取，从而在实行中能丈量到特征的损耗峰。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熟悉的活动更快的原子。
研究对大量差异体系动力学激活能的丈量表明，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，在室温下部门具有局部无序拓扑情况的Al原子会发生类似熔化的长程扩散举动，并出现出链状活动的特征。这种链状活动在高温液体中已产生，且随温度低落越来越显着，直至在玻璃固体中体现为低温下的快动力学模式，意味着类液原子的继续本质上是对链状活动模式的继续。
研究人员以为，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熟悉，即玻璃态着实是一种部门是固态、部门是液态的奇异状态。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。别的，金属玻璃中类液原子和结构无序的关联也对探索其他固体物质中的超快扩散带来启发，如超离子态的结构起源、固体电解质的离子迁徙等。
干系论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-022-01327-w
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