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 非晶態(tài)物質(zhì)是一種微觀結(jié)構(gòu)長程無序、能量長期處于亞穩(wěn)態(tài)的復(fù)雜多體相互作用體系。非晶態(tài)合金（又稱金屬玻璃）是50多年前發(fā)現(xiàn)的一類新型的非晶材料，它的發(fā)現(xiàn)極大豐富了金屬物理的研究內(nèi)容，日益成為凝聚態(tài)物理的研究前沿。非晶合金表現(xiàn)出很多獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)，特別是塊體非晶合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能，例如超高的強(qiáng)度和斷裂韌性、高強(qiáng)度、低彈性模量等。塊體非晶合金被認(rèn)為是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)、最硬、最軟、最韌的金屬結(jié)構(gòu)材料。盡管近年來在非晶合金方面涌現(xiàn)出大批的研究成果，但非晶合金中的一些基本問題仍然缺乏清晰的認(rèn)識，例如非晶態(tài)轉(zhuǎn)變的物理本質(zhì)和非晶合金優(yōu)異力學(xué)性能的物理本源等。目前的研究表明這些問題都與非晶合金中復(fù)雜的多重弛豫行為有關(guān)聯(lián)。在非晶態(tài)合金形成過程中，存在長時結(jié)構(gòu)弛豫與短時次級弛豫（弛豫）并存的多重動力學(xué)行為，次級弛豫的行為表征以及微觀機(jī)制是目前非晶合金研究中的關(guān)鍵問題。

據(jù)報(bào)道，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心極端條件物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室汪衛(wèi)華研究組和北京理工大學(xué)呂勇軍課題組合作，采用分子動力學(xué)方法研究了非晶CuZr合金薄膜的弛豫動力學(xué)行為。在非晶態(tài)合金的弛豫動力學(xué)研究方面取得新進(jìn)展，揭示了二維非晶合金薄膜材料中次級弛豫形成的微觀機(jī)理，發(fā)現(xiàn)在接近非晶態(tài)轉(zhuǎn)變的過冷區(qū)域存在快慢兩種亞模式。這種多尺度的弛豫行為一直延續(xù)到非晶態(tài)。模擬結(jié)果進(jìn)一步表明，弛豫在非晶態(tài)轉(zhuǎn)變溫度附近存在著一個動力學(xué)轉(zhuǎn)變。進(jìn)一步的單粒子動力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)變前的弛豫主要是隨機(jī)的、熱激活的單粒子跳躍，轉(zhuǎn)變后的弛豫主要是高度關(guān)聯(lián)的協(xié)同跳躍，后者與應(yīng)力不均勻性存在著內(nèi)在聯(lián)系，從而給出了非晶合金中弛豫的清晰物理圖像。這些結(jié)果對認(rèn)識非晶的本質(zhì)、調(diào)控非晶材料的物理性質(zhì)具有意義。

相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的《物理評論快報(bào)》[ Phys. Rev. Lett. 120, 155501 (2018)]上，該工作得到了國家自然科學(xué)基金委的資助和支持。

另外，汪衛(wèi)華研究組和北京計(jì)算科學(xué)研究中心管鵬飛研究組與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系教授徐寧研究組合作，發(fā)現(xiàn)了過冷液體的動力學(xué)非均勻性和脆度之間的定量關(guān)聯(lián)性，并從恒定動力學(xué)非均勻性的角度出發(fā)給出了弛豫時間隨溫度變化的普適描述，揭示了過冷液體中動力學(xué)非均勻性與結(jié)構(gòu)弛豫之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。研究分析發(fā)現(xiàn)，從恒定動力學(xué)非均勻性的角度出發(fā)，可以得到對各過冷液體結(jié)構(gòu)弛豫的普適描述：對于不同類型的過冷液體，相同的動力學(xué)非均勻性狀態(tài)下，可以得到各體系的特征時間尺度和特征溫度，利用這兩個特征參量可以很好地對所有過冷液體的弛豫時間和溫度之間關(guān)系進(jìn)行標(biāo)度歸一。這一研究結(jié)果表明，動力學(xué)非均勻性在認(rèn)識過冷液體動力學(xué)特性，乃至對玻璃化轉(zhuǎn)變本質(zhì)的理解方面有著十分重要的地位。

相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的《物理評論快報(bào)》[ Phys. Rev. Lett. 120, 125502 (2018)]上，該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院的資助和支持。

圖1 非晶合金的多重弛豫

圖2 次級弛豫的兩種機(jī)制

圖3 不同過冷液體的弛豫時間和溫度之間歸一標(biāo)度圖。