結(jié)構(gòu)決定性能是有序固體廣泛遵循的經(jīng)典范式。而面向玻璃態(tài)等拓?fù)錈o(wú)序固體時(shí)，該范式變得撲朔迷離。近日，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所蔣敏強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)玻璃弛豫的可控調(diào)制，發(fā)現(xiàn)了中程序結(jié)構(gòu)決定快弛豫動(dòng)力學(xué)。相關(guān)研究成果以Splitting of fast relaxation in a metallic glass by laser shocks為題，發(fā)表在《物理評(píng)論B》（Physical Review B）上。

玻璃態(tài)物質(zhì)的弛豫動(dòng)力學(xué)被認(rèn)為是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最深?yuàn)W、最具挑戰(zhàn)性的未解難題。金屬玻璃由于接近原子密堆結(jié)構(gòu)，為研究玻璃弛豫提供了理想體系。研究發(fā)現(xiàn)，除普遍存在α主弛豫和β次弛豫外，金屬玻璃在室溫以下還存在時(shí)空尺度更小的快弛豫現(xiàn)象，且與低溫塑性相關(guān)。這引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，但快弛豫到底取決于玻璃的何種結(jié)構(gòu)尚無(wú)定論。

該研究以典型鋯基金屬玻璃為模型材料，通過(guò)激光沖擊強(qiáng)化（又稱激光噴丸）和等溫退火技術(shù)，對(duì)其快弛豫進(jìn)行調(diào)制。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，激光彈性沖擊使玻璃的快弛豫β’峰劈裂出一個(gè)新的γ峰，而進(jìn)一步的等溫退火使快弛豫的雙峰結(jié)構(gòu)恢復(fù)為單峰β’。高溫和低溫比熱測(cè)量顯示，快弛豫的動(dòng)力學(xué)劈裂對(duì)應(yīng)于微弱的結(jié)構(gòu)年輕化。研究基于高分辨電鏡觀測(cè)和同步輻射高能X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，激光沖擊使近鄰團(tuán)簇通過(guò)棱邊共享的中程序結(jié)構(gòu)含量的增加，導(dǎo)致γ快弛豫的激活；近鄰團(tuán)簇通過(guò)面共享和相互貫穿形成的穩(wěn)定中程序結(jié)構(gòu)則對(duì)應(yīng)β’快弛豫的激活；上述中程序結(jié)構(gòu)重構(gòu)可通過(guò)等溫退火恢復(fù)到初始態(tài)。這種弛豫動(dòng)力學(xué)與原子結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為探討玻璃快弛豫的結(jié)構(gòu)起源提供了證據(jù)。該研究發(fā)現(xiàn)快弛豫劈裂有助于改善玻璃的室溫塑性。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目“非晶態(tài)固體力學(xué)”和基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目“非線性力學(xué)的多尺度問(wèn)題”等的支持。