不均匀性:非晶合金的灵魂

非晶合金,即金属玻璃,是一类特殊的由基本化学元素组成的非晶态物质,由于其独特的微观组织结构,展现出了不同于传统晶态合金材料的特殊物性,而成为高性能材料应用领域的重要一员.由于非晶合金的结构无序性,且当前精确表征其微观结构的实验手段缺乏,相应的理论模型也不完善,人们对非晶合金中一些基础物理问题的认识尚且不足,无法形成基本的理论框架来精确地描述其物性产生的微观机理.因而,当前非晶合金研究的核心问题可以概括为:如何建立以微观特征或结构为基础的基本理论框架,准确地概括非晶合金物性的微观机理.在过去几十年里,针对非晶合金的大量研究表明,在非晶合金长程无序的特征中,隐藏着本征的不均匀性和有序,且这些不均匀性的特征与材料物性有着密切的关联,使得建立以不均匀性特征为基础的理论框架成为可能.本文从非晶合金微观特征的不均匀性包括静态不均匀性和动态不均匀性的视角出发,概括性地总结了非晶合金材料与物理研究中取得的丰硕成果,及当前需要关注的重要科学问题,并针对未来可能的研究模式进行了展望.     

非晶材料与物理近期研究进展

由于结合了金属和玻璃的特性,非晶合金表现出许多新奇和优异的力学和物理性质,在很多领域具有广泛的应用前景.非晶合金具有连续可调的成分、简单无序的原子结构、丰富多变的材料性质,为研究非晶态物理中的许多共性科学问题提供了理想的模型材料.块体非晶合金的发展更是将玻璃和液体及其相关科学问题的研究推进到凝聚态物理和材料科学的研究前沿.中国科学院物理研究所极端条件物理重点实验室亚稳材料合成、结构及性能研究组(EX4组)近二十年来一直致力于非晶材料和物理的研究,在新型非晶合金的制备、物性以及相关机理的研究上取得了许多重要成果.本文介绍团队最近在非晶材料和物理机理方面取得的研究成果,包括非晶合金的动力学行为和调控、非晶合金的表面动力学、功能应用以及材料探索新方法等.     

慢正电子束流技术在金属/合金微观缺陷研究中的应用

正电子湮没谱学技术是研究材料微观结构非常有效的一种核谱学分析方法, 主要用于获取材料内部微观结构的分布信息, 特别是微观缺陷结构及其特性等传统表征方法难以获取的微观结构信息. 近年来, 在慢正电子束流技术快速发展的基础上, 正电子湮没谱学技术在薄膜材料表面和界面微观结构的研究中得到了广泛应用. 特别是该技术对空位型缺陷的高灵敏表征能力, 使其在金属/合金材料表面微观缺陷的形成机理、缺陷结构特性及其演化行为等研究方面具有独特的优势. 针对材料内部微观缺陷的形成、演化机理以及缺陷特性的研究, 如缺陷的微观结构、化学环境、电子密度和动量分布等, 正电子湮没谱学测量方法和表征分析技术已经发展成熟. 而能量连续可调的低能正电子束流, 进一步实现了薄膜材料表面微观结构深度分布信息的实验表征. 本文综述了慢正电子束流技术应用研究的最新进展, 主要围绕北京慢正电子束流装置在金属/合金材料微观缺陷的研究中对微观缺陷特性的表征和表面微观缺陷演化行为的应用研究成果展开论述.