【前沿动态】探索金属玻璃的奇妙之旅——揭示快速弛豫的劈裂与结构之谜
编者按：近期，中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室的蒋敏强研究团队在金属玻璃的快弛豫调控和结构起源方面取得了重要进展，该项工作获得国家自然科学基金的支持，研究成果以“Splittingoffastrelaxationinametallicglassbylasershocks”为题，发表在国际学术刊物PhysicalReviewB上。本刊特此发布该研究团队成员撰写的介绍这项成果科学意义的科普文字，以飨读者。
探索金属玻璃的奇妙之旅——揭示快速弛豫的劈裂与结构之谜
杨成，周红波
在人类历史长河中，玻璃这一种看似普通而且普遍存在的材料扮演着举足轻重的角色。它的历史可以追溯到史前石器时代，当时人类祖先就已经开始利用一种火山熔岩凝固形成的天然黑曜石玻璃制作武器（参见图1a）。在公元前3000年左右，美索不达米亚人首次成功地通过熔炼适当配比的石英和氧化物熔剂，制造出了世界上第一块人造玻璃。到了公元前1000年，埃及人发明了玻璃吹制工艺（参见图1b），这是人类科技史上的一次重大突破。这项技术的出现，使得玻璃制造变得更加灵活和精细，为后来玻璃制品的广泛应用奠定了基础。在现代社会，玻璃已经成为人类日常生活不可或缺的一部分（参见图2）。比如，在建筑领域，玻璃的使用大大提高了建筑物的采光性、安全性和美观度；而在物理、化学、生物等科技领域，玻璃是制造光学器件、反应容器、培养皿等仪器的重要材料；光纤玻璃作为现代通信技术的核心，为人们提供了高速、大容量、低损耗、高抗干扰性和高安全性的通信服务；各种电子产品的屏幕几乎都采用了玻璃材料，为人们提供清晰、稳定的显示效果。因此，尽管玻璃看似普通，但它的发展对人类历史和科技进步至关重要。
图5（a）测量金属玻璃弛豫谱的DMA-Q800设备；（b）DMA实验加载
为了进一步了解快弛豫劈裂对金属玻璃塑性变形能力的影响，团队研究人员又在室温下对三种不同状态金属玻璃开展了纳米压痕实验。图14展示了实验中获得的典型载荷-位移曲线。有趣的是，在相同的最大载荷下，激光冲击强化态样品的响应深度最大，卸载后的残余深度呈现相同趋势。同时，根据载荷-位移曲线，团队研究人员计算出退火态、激光冲击强化态和再退火态金属玻璃的硬度分别为7.41吉帕（GPa）、6.52吉帕和7.16吉帕。上述结果表明，快弛豫的劈裂有助于实现金属玻璃的年轻化，从而有望提高其室温塑性。
参考文献
[1]汪卫华,非晶态物质的本质和特性,物理学进展33,5(2013).
[2]M.Q.JiangandL.H.Dai,Mechanicsofamorphoussolids,Chin.Sci.Bull.67,2578(2022).
[3]Q.Wang,S.T.Zhang,Y.Yang,Y.D.Dong,C.T.Liu,andJ.Lu,Unusualfastsecondaryrelaxationinmetallicglass,
Nat.Commun.6,7876(2015).
[4]M.Q.JiangandY.Gao,Structuralrejuvenationofmetallicglassesanditseffectonmechanicalbehaviors,Acta
Metall.Sin.57,425(2021).
[5]C.Yang,J.Duan,G.Ding,Y.J.Bai,B.C.Wei,Y.P.Wei,S.N.Liu,S.Lan,B.B.Zhang,C.J.Shietal.,Splittingof
fastrelaxationinametallicglassbylasershocks,Phys.Rev.B109,024201(2024).