最近，上海交通大学材料科学与工程学院的陈明伟教授带领其研究团队在金属玻璃结构空间非均匀性方面的研究取得了重要进展。该团队阐明了非晶体系空间非均匀性的结构起源，为揭示玻璃转变、非晶形变机制等核心科学问题提供了重要科学启示。其相关研究成果“Correlation between local structure order and spatial heterogeneity in a metallic glass” (DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.215501) 以上海交大为第一单位发表于物理学权威期刊《Physical Review Letters》。论文作者为尖端物质结构研究中心的朱凡博士和刘攀特别研究员。

　　图1：埃尺度相干电子衍射示意图

金属玻璃是一种通过快速冷却以抑制其熔体结晶而得到的非晶合金材料，其内部结构短程有序而长程无序。2016年，团队通过调幅动态原子力显微镜（AM-AFM）等表征手段首先在金属玻璃中发现了结构的空间非均匀性，并揭示了空间非均匀性是金属玻璃中弛豫的结构起源(DOI: 10.1038/ncomms11516)。然而由于原子力显微镜的技术限制，空间非均匀性的局部结构一直未得到实验上的解答。

　　图2：金属玻璃结构的空间非均匀性在亮区和暗区的埃尺度相干电子衍射花样 

基于以前的工作，研究人员通过埃尺度相干电子衍射(图1, DOI: 10.1126/science.1232450)表征出了空间非均性中不同区域的局部短程结构。研究表明空间非均匀性由两种纳米尺度的区域构成。其中密度较高的区域主要包含类二十面体结构，另一种密度较低的区域其结构更为疏松，但包含了几何失稳的类晶体结构(图2)。这说明金属玻璃中的长程无序结构与两种短程序的协同作用相关。该研究加深了对非晶体系结构不均匀性的认识，为人类正确认识非晶体系提供了关键性指导，同时也为揭示玻璃转变、非晶形变机制等核心科学问题提供了重要的科学启示。

上述研究得到科技部973前沿项目、国家自然科学基金委非晶集团和重大设备项目等的资助。

论文链接：

　　1）https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.215501

　　2）https://www.nature.com/articles/ncomms11516

　　3）http://science.sciencemag.org/content/early/2013/07/10/science.1232450

　　[作者]：陈彬、聂文洁