玻璃是一種特殊的固體材料，具有超強、超硬、堆積致密等典型的固體特性，同時又具有像液體一樣無序的原子結(jié)構(gòu)。由于玻璃態(tài)物質(zhì)始終處于非平衡態(tài)，將始終向能量更低的平衡態(tài)演化，這個過程被稱為結(jié)構(gòu)弛豫。結(jié)構(gòu)弛豫會嚴重影響金屬玻璃的穩(wěn)定性及其工程應用，而其機制尚不清楚。

在“東方”超級計算系統(tǒng)的支持下，中國科學院物理研究所極端條件物理重點實驗室結(jié)合分子動力學模擬和動態(tài)力學實驗、納米壓痕測試等多種動力學研究手段，發(fā)現(xiàn)了金屬玻璃等緊密堆積的玻璃固體中存在繼承了高溫液體動力學行為的類液原子，這一發(fā)現(xiàn)突破了玻璃的傳統(tǒng)微觀圖像，揭示出金屬玻璃部分固體，部分液體的本質(zhì)。通過對幾種典型金屬玻璃體系長時間尺度的分子動力學模擬，并利用循環(huán)應變加載技術(shù)加速金屬玻璃的弛豫，觀測到了金屬玻璃的室溫弛豫并進行了系統(tǒng)的表征，最終構(gòu)建了無序體系從高溫簡單液體到室溫玻璃態(tài)的完整弛豫動力學圖像，為進一步理解玻璃和玻璃轉(zhuǎn)變的本質(zhì)提供了新的證據(jù)。

圖1?通過分子動力學模擬揭示金屬玻璃中的類液原子

圖2?循環(huán)應變加載下的金屬玻璃弛豫動力學。其動力學特征與過冷液體存在明顯區(qū)別

1. C. Chang, H. P. Zhang, R. Zhao, F. C. Li, P. Luo, M. Z. Li & H. Y. Bai. Liquid-like atoms in dense-packed solid glasses.Nat. Mater. 21, 1240–1245 (2022).
2. Sun, YT., Zhao, R., Ding, DW.?et al.?Distinct relaxation mechanism at room temperature in metallic glass.?Nat. Commun.?14, 540 (2023).