中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院徐寧教授研究組在雙組分材料體系的玻璃形成能力的研究中取得了重要進(jìn)展，相關(guān)成果2020年6月24日在線發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications）。 OW8"7*irT  
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液體在快速降溫或加壓的情況下會(huì)避開(kāi)結(jié)晶而形成過(guò)冷液體，并可能在更低的溫度下形成玻璃。玻璃是典型的非晶固體，結(jié)構(gòu)與液體相似，在形成過(guò)程中也沒(méi)有典型的相變特征，因此，玻璃的本質(zhì)是長(zhǎng)期困擾凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)界的一個(gè)難題。幾乎所有的液體在特定條件下都可以形成玻璃，然而，不同的材料形成玻璃的能力有顯著的差異。探索玻璃形成能力的控制因素對(duì)于玻璃材料的制備、理解玻璃化轉(zhuǎn)變和玻璃的本質(zhì)有重要的意義。 %!Ak]|[7  
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由單一原子或顆粒構(gòu)成的體系，由于易結(jié)晶，玻璃形成能力一般很差�；�合物或不同組分組成的材料由于組成單元結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及在尺寸等方面的差異，可以形成幾何結(jié)構(gòu)阻挫來(lái)阻礙結(jié)晶，從而利于玻璃的形成。在眾多玻璃形成體系中，較為簡(jiǎn)單的一類(lèi)是由兩種粒徑不同的圓球構(gòu)成的模型體系（簡(jiǎn)稱雙分散體系），研究表明，這種體系的玻璃形成能力與兩種組分的粒徑比和占比有關(guān)。以往的研究主要基于幾何阻挫（熵效應(yīng)）來(lái)探討影響玻璃形成能力的因素，能量效應(yīng)對(duì)玻璃形成能力的影響討論得較少。 >t}0o$\?E  
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徐寧研究組以雙分散體系為研究對(duì)象，采用了兩類(lèi)被廣泛使用的粒子間相互作用勢(shì)：純排斥的Harmonic和Lennard-Jones作用勢(shì)。這兩類(lèi)作用勢(shì)的差異在于：當(dāng)粒子間距為零時(shí)，Harmonic作用勢(shì)依然有限（我們因此稱其為軟芯作用勢(shì)），而Lennard-Jones作用勢(shì)趨于無(wú)窮。正是由于這種差異，兩類(lèi)作用勢(shì)體系的熔化、玻璃化轉(zhuǎn)變等固-液轉(zhuǎn)變溫度有截然不同的壓強(qiáng)依賴：Lennard-Jones體系的轉(zhuǎn)變溫度隨壓強(qiáng)單調(diào)增加，而Harmonic體系則會(huì)出現(xiàn)非單調(diào)變化并出現(xiàn)轉(zhuǎn)變溫度的極大值。該研究發(fā)現(xiàn)，由于這種差異，Lennard-Jones體系的玻璃形成能力在高密度區(qū)明顯強(qiáng)于Harmonic體系。簡(jiǎn)單的量綱分析表明，雙分散體系中的兩類(lèi)組分會(huì)體會(huì)到不同的有效熔化溫度，從而形成熔化溫度差，該熔化溫度差對(duì)壓強(qiáng)的依賴關(guān)系可以用來(lái)理解Harmonic和Lennard-Jones體系在高密度區(qū)玻璃形成能力的差異：如果熔化溫度差與壓強(qiáng)呈線性，體系將維持低壓極限下的玻璃形成能力，否則，玻璃形成能力將變?nèi)酰籋armonic體系與Lennard-Jones體系相比，熔化溫度有顯著的非線性壓強(qiáng)依賴。因此，該研究表明，表征非平衡體系性質(zhì)的玻璃形成能力與熱力學(xué)平衡溫度有潛在的關(guān)聯(lián)，從而建立起了非平衡和平衡體系的聯(lián)系。該研究同時(shí)給出了通過(guò)調(diào)節(jié)作用勢(shì)的強(qiáng)弱來(lái)調(diào)控玻璃形成能力的新方案，并且指出，熔化溫度和壓強(qiáng)之間有好的線性關(guān)系的材料有利于玻璃的形成。 v8o{3wJ  
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