看了这篇文章,我终于懂了非晶物理的世界

作者: 汪卫华

来源: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2017/V66/I17

发布日期: 2017-09-08 10:30:00

本文介绍了非晶态物质的普遍性和复杂性,以及其在自然界和日常生活中的广泛应用。非晶态物质由于其原子排列的无序性,呈现出许多新奇现象和复杂动力学行为,对传统凝聚态理论提出了挑战。非晶材料在航天、航空、信息等高技术领域有重要应用,特别是金属玻璃的发明,创造了金属材料的多个记录。

大自然中存在着丰富多彩、各种各样的物质,如果不考虑它们宏观性质的差异,根据其微观结构的特点就可以把物质大致分为两类:一类是有序结构的物质,另一类是无序结构的物质。

非晶态物质有很多的特征,其特征之一是普遍性;在自然界和人们的日常生活中非晶态物质几乎涉及我们生活的方方面面,比如自然界中随处都可见的树脂、琥珀等令人惊叹的自然艺术品,非晶态半导体、非晶态电解质、非晶态离子导体、非晶态超导体和非晶态合金等新型非晶态物质。非晶态物质第二个特点是复杂性。

非晶是由大量的原子组成的多体系统,而原子排列的无序性又使得这类系统呈现复杂性的特征,许多在晶态物质中没有发现的新奇现象也在这类物质中呈现出来。非晶态物质另一个重要特征是其结构和性能和时间密切相关。液体和熔体变为玻璃的过程称为玻璃转变,它是各种玻璃制造中几乎都涉及到的一个不可缺少的过程。

尽管到目前为止人们还不能真正地理解玻璃转变本质,但玻璃化转变过程涉及到自然界的很多现象,给有生命的与无生命的物质带来许多奇妙的现象和结果。非晶材料已经发展成为航天、航空、信息等高技术和高档手表、手机、手提电脑等时尚品争相选用的时尚材料。特别是作为兼有玻璃、金属,固体和液体特性的新型金属材料--金属玻璃的发明,创造了金属材料的很多记录。

非晶态物质没有长程结构序的物态,经典的凝聚态物理的范式和理论基本不能用于理解和描述这类广泛存在的物态。非晶态物质及其过冷液态中粒子的强关联作用导致极端和奇异的宏观物理性质,如玻璃转变、阻塞、流变局域化、复杂的动力学行为、振动态密度的奇异性、接近理论极限的强度、奇特的断裂行为等。如何描述和理解这些行为对传统凝聚态理论提出了挑战。从生产生活到前沿科技,诸多优异性能使非晶态合金具有重要的应用前景。

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