近期，《国家科学评论》（National Science Review，NSR）在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心于海滨教授团队题为“Shadow glass transition as a thermodynamic signature of β relaxation in hyper-quenched metallic glasses”的论文。中心2017级博士生杨群为论文第一作者，于海滨教授和山东大学王峥教授为论文共同通讯作者，博士生彭思旭参与相关工作。
随着时间或温度的变化，非晶态材料的微观结构会发生缓慢变化，这种过程叫做“弛豫”，是理解非晶态转变的关键因素。在液体向玻璃态转变的过程中，会发生α弛豫、β弛豫等多种弛豫现象，其中α弛豫是研究玻璃本质的基础，而β弛豫更加局域且主要存在于玻璃态中。近年来，研究表明β弛豫和α弛豫联系密切，β弛豫是α弛豫的基础和诱导，决定着α弛豫的性质，然而对两者之间关系及其物理本质的研究仍是一大挑战。另一方面，在对极快速冷却法制备的玻璃材料进行加热的过程中，在到达玻璃化转变温度（Tg）、由玻璃态转变为过冷液体之前，还存在复杂的弛豫过程，可以测量到焓弛豫的放热峰和退火诱导的吸热峰，后者也被称为赝玻璃转变（Shadow Glass Transition）。这些过程对理解玻璃物理具有重要意义，但是赝玻璃转变的本质仍然不清楚。
该研究中，于海滨教授团队使用快速量热分析仪（Flash DSC，升温速率高达104 K/s），对24种极速冷却制备的金属玻璃，在升温速率超过4个数量级变化的条件下，系统研究了赝玻璃转变的动力学行为。在连续升温过程中，可清晰地扑捉到明显的赝玻璃转变现象（如图a），这说明超高速量热分析仪可以用于对赝玻璃转变动力学行为的研究。
图为Pd40Cu40P20金属玻璃中的赝玻璃转变现象（a）及其与β弛豫之间的联系（b）
结合动态力学分析仪（DMS）测试结果，他们还发现了极速冷却金属玻璃中的赝玻璃转变和β弛豫相关联的实验证据（如图b）：赝玻璃转变和β弛豫遵循相同的时间-温度依赖关系，并且它们在更高温度合并进入主弛豫（即α弛豫或玻璃转变）；在各种金属玻璃中，β弛豫越明显，其赝玻璃转变也更加明显，反之亦然，且二者之间存在定量关系。
上述研究表明，赝玻璃转变是快速冷却金属玻璃中β弛豫的热力学表现。该研究不仅有助于更好地理解赝玻璃转变和β弛豫行为，还克服了传统量热方法不能探测非晶态材料β弛豫行为的不足，并建立了玻璃动力学与热力学之间的联系，对玻璃物理的研究具有重要意义。
该项工作得到了国家自然科学基金等项目支持。
新闻来源：https://mp.weixin.qq.com/s/E2IYRgXvtG40oYWYgDOyyw
论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa100
