結構決定性能是有序固體廣泛遵循的經典范式。而面向玻璃態等拓撲無序固體時，該范式變得撲朔迷離。近日，中國科學院力學研究所蔣敏強研究團隊通過對玻璃弛豫的可控調制，發現了中程序結構決定快弛豫動力學。相關研究成果以Splitting of fast relaxation in a metallic glass by laser shocks為題，發表在《物理評論B》（Physical Review B）上。

玻璃態物質的弛豫動力學被認為是凝聚態物理領域最深奧、最具挑戰性的未解難題。金屬玻璃由于接近原子密堆結構，為研究玻璃弛豫提供了理想體系。研究發現，除普遍存在α主弛豫和β次弛豫外，金屬玻璃在室溫以下還存在時空尺度更小的快弛豫現象，且與低溫塑性相關。這引起了國內外學者的關注，但快弛豫到底取決于玻璃的何種結構尚無定論。

該研究以典型鋯基金屬玻璃為模型材料，通過激光沖擊強化（又稱激光噴丸）和等溫退火技術，對其快弛豫進行調制。實驗發現，激光彈性沖擊使玻璃的快弛豫β^’峰劈裂出一個新的γ峰，而進一步的等溫退火使快弛豫的雙峰結構恢復為單峰β^’。高溫和低溫比熱測量顯示，快弛豫的動力學劈裂對應于微弱的結構年輕化。研究基于高分辨電鏡觀測和同步輻射高能X射線衍射分析發現，激光沖擊使近鄰團簇通過棱邊共享的中程序結構含量的增加，導致γ快弛豫的激活；近鄰團簇通過面共享和相互貫穿形成的穩定中程序結構則對應β^’快弛豫的激活；上述中程序結構重構可通過等溫退火恢復到初始態。這種弛豫動力學與原子結構的對應關系，為探討玻璃快弛豫的結構起源提供了證據。該研究發現快弛豫劈裂有助于改善玻璃的室溫塑性。

研究工作得到國家自然科學基金國家杰出青年科學基金項目“非晶態固體力學”和基礎科學中心項目“非線性力學的多尺度問題”等的支持。

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玻璃快弛豫動力學劈裂的結構起源：中程序結構重構