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我国学者在超稳定玻璃制备领域取得新进展
日期:2018-05-14 10:39:24稿件来源:国家自然科学基金委员会
      

       在国家自然科学基金项目(项目编号:51571209, 51461165101, 11790291)等资助下,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心汪卫华研究员和白海洋研究员团队开展了低温冷衬底上制备超稳定玻璃的研究。研究成果以“Ultrastable Metallic Glasses Formed on Cold Substrates”(冷衬底上生长超稳定金属玻璃)为题,于2018年4月11日在Nature Communications(《自然·通讯》)上在线发表,论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-03656-4。

  通过传统方法形成的非晶玻璃常常处于高能量的非平衡亚稳态,其内部无序排列的原子或分子始终发生着结构重排,趋向于能量更低的平衡状态,这样的结构驰豫导致材料性能在服役过程中发生变化。前期实验和模拟工作表明,利用物理气相沉积可以制备具有热力学和动力学稳定性更高的超稳定玻璃,而形成超稳定玻璃的关键条件是将沉积过程中衬底温度控制在玻璃转变温度(Tg)附近的较高温度,即0.8~0.9Tg。在这一温度下,沉积的表面原子具有足够运动能力,而且该温度与热力学上理想的玻璃转变温度一致。在更低的衬底温度条件下,将无法形成超稳定玻璃。

  最近,汪卫华研究团队博士生罗鹏克服以往超稳定玻璃只能在高温衬底上制备的限制,采用低速率离子束溅射沉积,在无需对衬底加热的条件下,成功制备出具有更高稳定性的超稳定金属玻璃薄膜。该金属玻璃薄膜具有更高的无序度,且原子堆积更加均匀。在本研究实验条件下,金属玻璃表层原子运动要远比想象的快,这种高的表面原子运动能力有利于形成稳定的金属玻璃。该研究改变了以往超稳定玻璃只能在高温衬底上制备的固有认知,意味着超稳定玻璃的形成不仅仅受热力学因素控制,同时也受动力学因素的影响。



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