Matter：罗网非匀称驾驭金属玻璃变形才智

　　看成寰宇超过的全科学规模学术出版社，细胞出版社特与“华夏科学院青年创新促使会”关作开设“青促会述评”专栏，以期煽动学术互动，督促国际交换。

　　2023年第四期（总第132期）专栏文章，缘故自中国科学院力学商酌所冲突员、中科院青促会优秀会员蒋敏强，就 Matter中的论文告示述评。

　　一提到玻璃，熟稔的第一纪想是很脆，比如玻璃杯或镜子不防卫掉在地上每每显现“破镜难浸圆”景色。比较于玻璃，绝大多半金属则表现出延性，在断裂失效前能够塑性克服甚至升重。假若将金属元素制备成玻璃，变成玻璃态的金属键即所谓的“金属玻璃”，那么在载荷结果下实情阐扬出玻璃的脆性依旧金属的延性？争论显露，金属玻璃的断裂失效兼具玻璃和金属双重属性。仰仗于组分元素、制备工艺和载荷条件，它们可能如二氧化硅玻璃那样发生完全脆性断裂，也不妨如低碳钢那样体验光鲜的塑性变形而发作颈缩失效，但大个人景致是介于两者之间，即塑性变形高度小我化造成10纳米标准的剪切带，进而导致宏观灾变破坏。会意上述失效模式的临界转折机理应付金属玻璃作为罗网材料的工程驾驭稀少要道，但在拓扑无序系统中寻求“陷阱-功能”联系具有极大的挑拨性。

　　限日，来自浙江大学以及美国加州大学欧文分校和伯克利分校的纠合团队，采取高折柳透射电子显微镜（high-resolution transmission electron microscopy, HRTEM）在位加载和表征技艺相连分子动力学师法，表示出金属玻璃塑性变形模式从颈缩到剪切带的改变源于短标准和中法式在无序圈套中空间撒布非匀称水准的不同。该团队为了撤废化学身分非均匀的过问，以一种单原子钽金属玻璃为模型体系，样品尺寸为直径约20纳米的纳米线。经验电脉冲解决，制备得到了2种区别情状的拉伸样品。一种是选用单次电脉冲焊接在拉伸加载台的纳米线样品（称为”as-welded, AW”），而另一种则进一步对焊接样品进行再三拙劣量电脉冲办理获得（称为”electropulse-annealed, EA”）。随后的在位拉伸了局涌现，AW金属玻璃阐明为颈缩失效（图1A），而EA样品的失效是剪切带模式（图1B）。阅历快疾傅里叶转折对变形样品的衍射强度表现，冲突团队展现颈缩样品的匀称原子间距随变形险些没有变更，诠释应力驱动陷坑体胀（无序化）与局域浸排介导细致（有序化）这两个角逐历程在变形中处于动力学平衡情形；反之，产生剪切带的样品变形是体胀主控的，分析为匀称原子体积的增添。由于这两种样品的尺寸、加载条件和初始原子体积都几乎相像，计较团队臆测实验考察到的差别变形模式应当与金属玻璃固有的构造非匀称热诚接洽。

　　为了证实这一推度，斗嘴团队接受分子动力学模仿希望了钽金属玻璃纳米线的单轴拉伸加载以及短中圭臬罗网表征。为了对应考试的EA和AW情况，全班人制备了顽劣量老化态和高能量年轻态两种样品。模仿收场很好地沉现了HRTEM测验考察：老化态（EA）产生剪切带，而年轻态（AW）爆发颈缩。图2说明了两种变形模拟样品的短程序和中圭表演化。终局浮现，相周旋老化态样品，年轻态初始罗网中短法度的宣传相对焦炙，畸变水平更高，说明出更为显然的结构非匀称。随同着剪切带变成，老化态陷阱中的较为镇静的二十面体短标准慢慢被捣蛋，而年轻态的颈缩则陪伴着二十面体在空间上均匀成核以及体积分数增添。辩论团队还对短轨范接连而成的中标准机关举行了表现，显示老化态样品具有高密度的中程序汇集结构，而中轨范在年轻态样品中未形成大准则的网络构造。随着加载，前者导致应力荟萃，引起短中圭表圈套的局域捣乱，导致个体化剪切带形成，此后者则在空间上平均集中，宥恕样品的集体变形，终末爆发颈缩失效。

　　这些发现澄莹地浮现了金属玻璃变形模式及其变化的陷坑开始，鼓动了人们对拓扑无序构造与力学功能合联的认知，同时也有助于具有良好力学机能纳米尺度金属玻璃的工程研发。该事务以“Structural heterogeneity governing deformability of metallic glass”为题，限日发布在Cell Press旗下期刊Matter上。

　　（C和D）两种样品的一维速速傅里叶改造衍射图谱；虚线引导了第一峰地方随变形的演化。

　　（A）两种样品初始坎阱中Voronoi多面体的统计宣扬，仅统计了体积分数遇上1%的多面体。

　　（B）两种样品中畸变二十面体（0,1,10,2）和无缺二十面体（0,0,12,0）体积分数随变形的演化。

　　（C）老化态样品在应变0%（未加载）和25%（剪切带变成）时二十面体密度的空间撒播。

　　（D）年轻态样品在应变0%（未加载）和35%（颈缩酿成）时二十面体密度的空间流传。

　　金属玻璃的变形才能热烈依托于玻璃所经过的热力治理经过，后者决定了玻璃的能量景况和微观原子构型。本事情，论文作者领受电脉冲告终了对单原子钽金属玻璃纳米线变形本领的宽域调控，使玻璃显露类液态升重或脆性断裂。在原子序准绳固有的罗网非平均主控了金属玻璃的塑性和变形转折。通过追踪原子重排的应变演化，作者呈现颈缩变形源于空间上片面原子序的弥散、稀疏传播，而中轨范网络的伸张中断了变形，导致了脆性断裂。本计较为领会金属玻璃的结构-职能接洽供给了新的认知，对具有精良力学机能纳米圭臬金属玻璃的安排具有紧急意义。

　　蒋敏强，中原科学院力学相持所争持员、博士生导师，中国科学院大学岗位教诲。2009年卒业于中科院力学所，获固体力学博士学位。现为中科院力学所学位委员会副主任、非线性力学国家要点测验室副主任，入选中科院特聘要点计较岗位、中科院青促会良好会员。紧要从事非晶态固体力学、冲击动力学等方面的计较，在PRL, Sci. Adv., JMPS, Acta Mater.等期刊通告学术论文100余篇。2020年获国家自然科学奖二等奖（3/5），2021年获国家精良青年科学基金补助，曾获国家精良青年科学基金、德国“洪堡学者”奖学金、英国麦克斯韦青年作者奖、中科院卢嘉锡青年人才奖等。

　　华夏科学院青年立异鞭策会（Youth Innovation Promotion Association，Chinese Academy of Sciences）于2011年6月成立，是中科院对青年科技人才进行综关选拔的创新本领，旨在体验有效罗网和搭救，连接、凝固全院的青年科技事件者，拓宽学术视野，敦促彼此互换和学科交织，造就科研手脚构造才干，培植抬举新一代学术技能策动人。