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[交流] 非晶中弛豫与扩散问题研究进展已有3人参与

复杂多体系统（包括非晶形成液体）中的弛豫与扩散问题—-一个重要而又未解决的物理问题。在自然界中,不同系统以及材料中的弛豫和扩散现象无处不在. 这种不可逆的物理及化学过程是使系统微扰和耗散得以进行的必要条件,是维持平衡和进一步演化的前提.研究这一过程非常重要,因为它决定了凝聚态物质的基本特征和应用。

在玻璃态物理中的一个重要问题: 弛豫和扩散的关系。弛豫和扩散是过冷液体和玻璃态物质的两个基本的动力学过程。对于一般液体，高温时（熔点以上），液体只有一个弛豫过程（α弛豫），其弛豫时间和液体的扩散系数是通过Stokes-Einstein关系关联的， Stokes–Einstein关系式是爱因斯坦1905年在研究布朗运动时发现的。然而，随着温度降低，形成非晶的过冷液体的弛豫和扩散行为都变得更加复杂。一方面，弛豫模式发生分裂， β弛豫过程出现。另一方面，在较低的温度时还会发生不同组分扩散系数的解耦-即不同大小的原子扩散系数不再相等。同时，几乎在所有的过冷液体中多发现Stokes-Einstein关系不再适用。一般认为，这可能和动力学非均匀性有关，但其背后的物理机制仍然不清楚。过冷液体和玻璃态中扩散和弛豫的关系是目前玻璃物理的重要问题。
物理研究所非晶研究组在非晶合金弛豫研究领域开展系统工作，并取得了一系列成果。他们的研究发现β弛豫在玻璃态物质中有非常重要的作用。他们的前期研究发现金属玻璃塑性形变和β弛豫有密切的联系。例如，他们从实验上证明了金属玻璃塑性形变基本单元STZ的激活能WSTZ和β弛豫的激活能Eβ在量值上是相等的，即Eβ=WSTZ，这揭示了金属玻璃塑性形变和弛豫之间的内在联系[Phys Rev B
81, 220201(R) (2010)]。他们还从β弛豫和STZ的关联性出发，
研制出了一种能够在室温附近进行拉伸塑性形变的新型La基非晶合金，阐明了金属玻璃韧脆转变和STZ的运动以及β弛豫之间的关联
[Phys. Rev. Lett.108, 015504 (2012)]。
最近他们与德国哥廷根大学，美国北卡罗来纳大学合作，系统比较了弛豫和扩散的动力学特征，发现β弛豫和金属玻璃组分中最小原子的扩散有密切关系。在不同金属玻璃体系中，他们发现最小原子的扩散和β弛豫发生在相同的时间-温度范围内，而且二者的激活能是相等的。这表明小原子的扩散行为是和β弛豫耦合在一起的，虽然整体上扩散和弛豫已经没有明显关联。他们指出可能是由于β弛豫的协同作用，导致了小原子扩散速度增加，使得Stokes-Einstein关系不再成立。另一方面，该结果对理解金属玻璃的β弛豫有重要意义。相关结果发表在Phys. Rev. Lett.109, 095508 (2012)。

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