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    我國學者與海外合作者在非晶態結構本質研究方面取得進展

    日期 2021-06-10   來源:工程與材料科學部   作者:陳克新 方方 霍軍濤  【 】   【打印】   【關閉

      在國家自然科學基金項目(批準號:51871120、51571170、51520105001)等資助下,南京理工大學材料科學與工程學院/格萊特研究院蘭司教授與香港城市大學王循理教授、美國阿貢國家實驗室任洋研究員、南京航空航天大學博士生朱力、東莞市香港城市大學研究院吳楨舵研究員、中科院物理所谷林研究員等合作,在非晶態物質結構研究領域取得重要進展,研究成果以“一種新型中程有序結構橋接非晶態和晶態物質(A medium-range structure motif linking amorphous and crystalline state)”為題,于2021年5月20日在線發表在《自然材料》(Nature Materials)雜志上。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41563-021-01011-5。

      “非晶態的結構本質是什么?”這是《科學》雜志在創刊125周年提出的125個科學“大問題”之一。非晶態材料被認為是長程無序,短程有序的(2-5 ?)。近來研究發現,中程尺度(5-20 ?)有序結構,簡稱中程序,在非晶態材料的相變和形變過程中發揮了越來越關鍵的作用。非晶合金作為一種典型的無序非晶態材料,其原子堆積方式使其成為研究非晶態物理的重要模型材料。非晶合金的中程序結構研究成為當前非晶態物理的前沿熱點研究方向之一。解開非晶合金的獨特中程序結構的構型,對調控非晶合金的微觀結構,破譯相變和形變過程中基本結構響應單元,具有重要的理論和現實意義。

      但破譯非晶態材料的中程序結構具有很高的難度。挑戰之一在于現有的理論或者實驗結果難以確定非晶態材料與其對應的晶態材料間是否存在中程或更大長度尺度范圍的結構聯系,特別是非晶態材料的結晶產物往往在成分上區別于非晶基體,具有截然不同的基本結構單元,使這一問題變得極為復雜。挑戰之二在于非晶態材料缺少長程周期性,現有的表征手段難以精確解析其短程到中程尺度有序結構。研究團隊克服了上述挑戰,成功在經典大塊金屬玻璃形成體系鈀鎳磷中直接捕獲了橋接非晶態與晶態的一種手性中程序結構六元三帽三棱柱(命名為6M-TTP)。該結構的短程序多面體能以一種奇特的手性結構構成具有約12.5埃米的中程序構型,其鑄態的長程無序堆積在一定溫度可以轉變成有序堆積的立方相,且能保持其中程序構型基本單元的亞穩性(圖1 a-c)。該工作不僅為揭示非晶態結構本質提供了新的結構模型,并且對于非晶合金亞穩態中間相的析出動力學規律提出了新的解釋。

     

    圖1 橋接非晶態和晶態的中程序結構,a 經典鈀鎳磷大塊金屬玻璃中發現的一種亞穩立方析出相的模型及中程序結構單元模型六元三帽三棱柱;b 六元三帽三棱柱在亞穩立方相和非晶相中存在的直接觀測證據;c 所破譯的中程序結構徑向分布函數與整個非晶合金結構的徑向分布函數可以直接匹配




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