松山湖质料试验室研究员胡远超团队与互助者，乐成展现了单质金属的结晶动力学与玻璃形成能力发源。相干结果近日发表在《天然-通信》（Nature Co妹妹unications）。
于充足高的冷却速度下，理论上任何液体都能冻结成玻璃。但差别物资形成玻璃所需的最低冷却速度（即临界冷却速度）差异巨年夜，可超20个数目级。临界冷却速度是定量描写玻璃形成能力的主要参数，年夜块非晶的临界冷却速度低在1.0K/s。理解金属熔体的玻璃形成能力，是质料范畴主要的基础科学问题，既关乎对于玻璃态的物理认知，也决议新型非晶合金的开发运用。
因为非晶合金多组元特征，研究其玻璃形成能力颇具挑战。一方面，结晶与玻璃化作为熔体冷却的两个极度，展现结晶动力学和其微不雅机制是阐释玻璃形成能力的有用路子。多组元效应带来的局域拓扑序及化学序和其耦合效应，常陪同非经典成核路径，使患上理解其结晶动力学坚苦重重。这注解局域布局特别是化学序对于结晶举动至关主要。另外一方面，统计阐发冷却固体的布局特性可量化阐发合金系统的临界冷却速度和其影响因素。年夜范围份子动力学模仿显示，局域布局序及化学序受冷却速度强烈影响且与临界冷却速度慎密相干，特别是当原子尺寸差及联合能差共存时。这展现了局域化学序是决议玻璃形成能力的要害因素，为试验设计非晶合金提供了思绪。
为进一步解耦局域拓扑序及化学序对于结晶动力学及玻璃形成能力的影响，研究职员对于能形成体心立方布局的过渡金属钽及锆开展计较机模仿研究。年夜范围模仿表征发明，两者临界冷却速度相差约100倍，与试验不雅测相符。对于其过冷液体的扩散系数及结晶热力学驱动力定量表征显示，这些物理性子差异较小。是以，按照经典形核理论，液固界面能仍是决议单质金属结晶速度及玻璃形成能力的要害因素，该结论也获计较验证。
展现两者临界冷却速度巨年夜差异的泉源对于熟悉玻璃形成能力意义庞大。微不雅布局阐发注解，差异源在局域拓扑布局：锆偏向在形成二十面体团簇标准短步伐，结晶路径单一，结晶速率快；钽偏向在形成二十面体团簇标准中步伐，多余的团簇标准会激发繁杂有序布局的准晶亚稳相形成，造成结晶路径不但一，呈现准晶亚稳相及体心立方布局竞争，两相界面能不变，延伸结晶时间，降低结晶速度。这些成果左证了二元合金中的相干结晶动力学物理机制，且结晶微不雅历程均为非经典成核路径，体心立方布局以原子标准预序瓜葛形成，准晶亚稳相以团簇标准预序瓜葛形成。
该研究阐了然液固界面能是决议玻璃形成能力的要害因素，展现了序竞争于结晶及玻璃化历程中的主要作用，申明了非经典结晶路径的普适性，为深切熟悉非晶态质料与物理提供了新视角。
相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-三木SEO-025-63221-8
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