温度压力双向调控金属玻璃结构序

北京高压科学研究中心研究员曾巧石带领的团队，通过高温高压调控和原位检测相结合，实现了金属玻璃原子结构序列的有效双向调控。他们发现的双向调节揭示了金属玻璃结构的丰富性和*调节性，这将促进对金属玻璃结构的理解和应用。相关的研究发表在最近的《自然通讯》上。

金属玻璃兼具金属和玻璃的特性，具有广泛的潜在应用前景。同时，它为玻璃物质的基础研究提供了一个特殊的模型体系。

在过去的研究中，人们发现尽管金属玻璃的性质可以通过不同的制备方法和样品的后处理而容易地调整，但是它们的原子结构总是高度相似的，并且在衍射和成像技术检测下几乎没有差别。这些结果挑战了对金属玻璃结构的理解。

最近，曾乔氏团队在金属玻璃的结构有序控制方面取得了重要进展。他们利用高温高压原位高能X射线衍射和高温高压原位小角散射测量，发现温度和压力可以有效调控金属玻璃在两个方向上的结构有序性。

该小组仔细研究了温度对金属玻璃结构的影响。通过高温下Ce65Al10Co25金属玻璃样品的原位高能X射线衍射和小角散射测量，他们发现当金属玻璃被加热到高于玻璃化转变温度的放热峰区域时，传统认为的玻璃结晶现象没有发生。

衍射光谱中没有明显的布拉格衍射峰。相反，原始非晶衍射峰的强度稍微增加，峰宽稍微减小。在真实空间中，原子径向分布函数的振荡信号在中间程序区得到相应的增强和扩展，表现出高度的中间范围有序性。

同时，研究人员发现，在高温下获得的高度有序的样品在温度降低后可以很好地保存在常温环境中，表现出不可逆的有序转变，并且高度有序的样品具有显著提高的玻璃化转变温度。

后来，他们发现随着压力的增加，高度有序的金属玻璃样品经历了不可逆的无序转变过程，并在高压下通过进一步的原位高能X射线衍射和小角散射测量恢复到原来的低有序状态。

温度和压力对金属玻璃结构顺序的双向调节

通过高分辨率电子显微镜实验，他们发现其初始低阶态、温度诱导的高阶态和进一步的压力诱导的低阶态都具有典型的无序结构，而不是具有周期性平移对称阶的纳米晶体。

进一步的原位耐高温高压试验表明，金属玻璃的性能也可以实现与结构转变相一致的双向调节。

这些结果表明，温度和压力对金属玻璃Ce65Al10Co25的结构具有有效的双向调制作用。同时，研究人员还在金属玻璃的其他成分中发现了类似的温度和压力双向调节现象。

曾乔石和他的团队长期致力于金属玻璃在高压和高温下的结构和物理性能的原位研究。他们首次发现了由大块金属玻璃的电子结构变化引起的压力诱导多晶现象。通过在室温高压下诱导单晶结晶，还揭示了金属玻璃无序结构中可以包含长程拓扑有序的可能性。金属玻璃的大量原位压缩实验表明，金属玻璃的密度和原子结构符合压缩过程中2.5次幂的反常关系。

该项目得到了中国科学院物理研究所、阿尔贡国家实验室、芝加哥大学合作伙伴以及中国自然科学基金的大力支持。

相关文件信息:DOI:10.1038/s 1467-019-14129-7

https://www.nature.com/articles/s41467-019-14129-7