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🔬 materials science

Break-down of the relationship between α-relaxation and equilibration in hydrostatically compressed metallic glasses

这项研究发现,在静水压力下退火的金属玻璃会发生不可逆的结构与动力学改变,且在加热至玻璃转变温度后无法恢复至原始过冷液体状态,表明其平衡恢复过程存在除 α\alpha 弛豫之外的额外机制。

原作者: Antoine Cornet, Jie Shen, Alberto Ronca, Shubin Li, Nico Neuber, Maximilian Frey, Eloi Pineda, Thierry Deschamps, Christine Martinet, Sylvie Le Floch, Daniele Cangialosi, Yuriy Chushkin, Federico Zont
发布于 2026-02-10
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原作者: Antoine Cornet, Jie Shen, Alberto Ronca, Shubin Li, Nico Neuber, Maximilian Frey, Eloi Pineda, Thierry Deschamps, Christine Martinet, Sylvie Le Floch, Daniele Cangialosi, Yuriy Chushkin, Federico Zontone, Marco Cammarata, Gavin B. M. Vaughan, Marco di Michiel, Gaston Garbarino, Ralf Busch, Isabella Gallino, Celine Goujon, Murielle Legendre, Geeth Manthilake, Beatrice Ruta

原始论文采用 CC BY 4.0 许可(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性,请参阅原始论文。 阅读完整免责声明

标题:打破“橡皮擦”定律:金属玻璃的“顽固记忆”

1. 背景知识:什么是“金属玻璃”?

想象一下,你正在制作一盆巧克力酱

  • 普通金属就像是晶体,里面的原子排得整整齐齐,像仪仗队一样。
  • 金属玻璃则像是在极速冷却时被“冻结”住的巧克力酱,原子还没来得及排队,就被瞬间锁死在了乱七八糟的状态里。这种“乱”让它非常坚硬且具有特殊的性能。

在科学界,有一个**“默认规则”**(就像橡皮擦定律):如果你给这种玻璃加热到变成液体状态(超冷液体),它就会“忘掉”以前受过的所有苦(比如挤压、加热、冷却的经历),重新变回一个纯净、标准的液体。

2. 实验内容:高压下的“极限训练”

研究人员对一种特殊的金属玻璃(铂铜镍磷合金)进行了“魔鬼训练”:
他们使用了高压(静水压)。这就像是把这团“巧克力酱”放进一个巨大的压力锅里,施加了极大的压力,并让它在压力下保持一段时间。

研究人员分成了两组:

  • 第一组(HPQG): 在高压下把液体直接“冻结”成玻璃。
  • 第二组(HPAG): 在高压下对已经成型的玻璃进行“按摩”(退火)。

3. 惊人的发现:它竟然“记仇”了!

按照常理,高压应该让原子挤得更紧、更稳定。但实验结果却让科学家大吃一惊:

发现一:结构上的“反向膨胀”
虽然压力很大,但研究发现,这种在高压下“按摩”过的玻璃,其原子层级竟然出现了某种程度的“膨胀”。这就像是你用力挤压一块海绵,结果它不仅没变小,反而内部的结构变得更松散、更奇怪了。

发现二:橡皮擦失效了(核心结论)
这是最震撼的地方。研究人员把这些受过高压训练的玻璃加热到液体状态,本以为它们会“忘掉过去”,变回标准的液体。
结果:它们没有!
即使变成了液体,这些物质依然保留着高压训练的“烙印”。它们的流动速度(动力学)和原子排列(结构)都和普通的液体不一样。

用比喻来说:
这就像你把一个受过严酷军事训练的士兵(高压玻璃)带到度假胜地(加热到液体状态)。按照常理,他应该放下戒备,变成一个放松的游客(标准液体)。但实验发现,这个士兵即便在度假,走路的姿势、眼神的警觉性(原子排列和运动速度)依然保持着军人的特征。他无法通过“变回液体”来抹去那段高压训练的记忆。

4. 为什么会这样?(科学解释)

科学家认为,高压不仅仅是把原子挤紧,它实际上**“重塑”了原子的社交圈**。
在普通玻璃里,原子之间通过特定的“握手方式”(原子簇连接)来维持稳定。但在高压下,这种“握手方式”被永久性地破坏或改变了。这种改变非常深层,以至于即使加热到液体状态,原子也找不到原来的“握手方式”了,只能被迫形成一种全新的、不寻常的液体状态。

5. 这有什么用?

这个发现不仅仅是理论上的突破,它还给了人类一种**“定制材料”**的新手段:

  • 精准调控: 既然我们发现压力可以创造出“带有特殊记忆”的新状态,我们就可以通过控制压力的大小和方式,像“捏泥人”一样,制造出具有特定性能(比如更硬、更耐磨或更轻)的新型金属材料。
  • 理解复杂系统: 它告诉我们,物质的“记忆”比我们想象的要顽固得多,这为研究极端环境下的材料科学开辟了新路径。

总结一句话:
科学家发现,高压可以给金属玻璃刻下“永久的纹身”,即使把它加热熔化,这个纹身也洗不掉。

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