非晶合金中弛豫和扩散关系研究获进展

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非晶合金中弛豫和扩散关系研究获进展
在玻璃态物理中有一个的重要问题: 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。

中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）汪卫华研究组率先在非晶合金弛豫研究领域开展工作，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，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)]。此外，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，该研究组于海滨等与德国哥廷根大学，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。

研究人员指出，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。（转）

标题：Correlation between β Relaxation and Self-Diffusion of the Smallest Constituting Atoms in Metallic Glasses
链接：http://prl.aps.org/abstract/PRL/v109/i9/e095508