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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 材料區(qū) » 晶體 » 資源共享 » 非晶中弛豫與擴散問題研究進展
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課早金蟲 (正式寫手)
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非晶中弛豫與擴散問題研究進展 已有3人參與
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復雜多體系統(tǒng)（包括非晶形成液體）中的弛豫與擴散問題—-一個重要而又未解決的物理問題。在自然界中,不同系統(tǒng)以及材料中的弛豫和擴散現象無處不在. 這種不可逆的物理及化學過程是使系統(tǒng)微擾和耗散得以進行的必要條件,是維持平衡和進一步演化的前提.研究這一過程非常重要,因為它決定了凝聚態(tài)物質的基本特征和應用。 在玻璃態(tài)物理中的一個重要問題: 弛豫和擴散的關系。弛豫和擴散是過冷液體和玻璃態(tài)物質的兩個基本的動力學過程。對于一般液體，高溫時（熔點以上），液體只有一個弛豫過程（α弛豫），其弛豫時間和液體的擴散系數是通過Stokes-Einstein關系關聯的， Stokes–Einstein關系式是愛因斯坦1905年在研究布朗運動時發(fā)現的。然而，隨著溫度降低，形成非晶的過冷液體的弛豫和擴散行為都變得更加復雜。一方面，弛豫模式發(fā)生分裂， β弛豫過程出現。另一方面，在較低的溫度時還會發(fā)生不同組分擴散系數的解耦-即不同大小的原子擴散系數不再相等。同時，幾乎在所有的過冷液體中多發(fā)現Stokes-Einstein關系不再適用。一般認為，這可能和動力學非均勻性有關，但其背后的物理機制仍然不清楚。過冷液體和玻璃態(tài)中擴散和弛豫的關系是目前玻璃物理的重要問題。 物理研究所非晶研究組在非晶合金弛豫研究領域開展系統(tǒng)工作，并取得了一系列成果。他們的研究發(fā)現β弛豫在玻璃態(tài)物質中有非常重要的作用。他們的前期研究發(fā)現金屬玻璃塑性形變和β弛豫有密切的聯系。例如，他們從實驗上證明了金屬玻璃塑性形變基本單元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，這揭示了金屬玻璃塑性形變和弛豫之間的內在聯系[Phys Rev B 81, 220201(R) (2010)]。他們還從β弛豫和STZ的關聯性出發(fā)， 研制出了一種能夠在室溫附近進行拉伸塑性形變的新型La基非晶合金，闡明了金屬玻璃韌脆轉變和STZ的運動以及β弛豫之間的關聯 [Phys. Rev. Lett.108, 015504 (2012)]。 最近他們與德國哥廷根大學，美國北卡羅來納大學合作，系統(tǒng)比較了弛豫和擴散的動力學特征，發(fā)現β弛豫和金屬玻璃組分中最小原子的擴散有密切關系。在不同金屬玻璃體系中，他們發(fā)現最小原子的擴散和β弛豫發(fā)生在相同的時間-溫度范圍內，而且二者的激活能是相等的。這表明小原子的擴散行為是和β弛豫耦合在一起的，雖然整體上擴散和弛豫已經沒有明顯關聯。他們指出可能是由于β弛豫的協同作用，導致了小原子擴散速度增加，使得Stokes-Einstein關系不再成立。另一方面，該結果對理解金屬玻璃的β弛豫有重要意義。相關結果發(fā)表在Phys. Rev. Lett.109, 095508 (2012)。 |
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2014-12-18 14:55:42, 380.93 K
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sunrongwei
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