科学家首次在25吉帕压力下制出单晶金属玻璃

中心议题：
       *金属玻璃应用在电力变压器

最近，科学家用一种像图中所示的菱形铁砧来压制金属玻璃的小样品。在非常高的压力下，样品从无定形的、玻璃态转化成为单晶——这是第一次在玻璃中发现这种行为。这个发现被刊登在了6月17日的《Science》杂志上，它可以帮助科学家设计出更好的金属玻璃，而金属玻璃已广泛应用在电力变压器、防盗标签以及其他产品上，并且它或许还有助于解释这些材料硬度为何这么高。

玻璃，根据定义，是无定形、非晶态的；它的原子排布缺乏规律性，排列在各个方向上。但是当科学家在很高的压力下压制微小的金属玻璃样品时，他们得到了一个惊喜：原子以一种固定的模式排列起来而形成了单晶。

这是研究者们第一次观察到这种隐藏在玻璃中的特性。这一发现打开了一扇研究金属玻璃的原子结构与性能的窗子，而这些金属玻璃已经在防盗标签、电力变压器等产品上应用了数十年，但对其结构与性能的了解仍然很少。科学家们对这些商业用途重要的材料的结构了解越深，他们就越能够设计出新的、更有效的金属玻璃，而且还能修理旧的产品来提高它们的性能。

“或许很多玻璃都有这种底层结构，但是我们只是不知道如何去寻找它，”合作者Wendy Mao——一个在来自美国能源部、斯坦福线性粒子加速器中心、斯坦福大学的矿物理学家说。 
 
Daniel Miracle，一个没有参与研究的在俄亥俄州的美国空军研究实验室工作的冶金学家把这个发现称作“一个非常非常简洁、重要的发现”。他说它不仅能帮助研究者们设计更好的金属玻璃，而且也有助于解释这些材料的硬度为何这么高：如果每一片玻璃的核心都是一个单晶体，那么它不将含有在晶界处容易导致断裂或腐蚀的任何缺陷。

不同于我们所熟悉的窗玻璃，金属玻璃是合金，如铈铝合金。它们耐磨、耐腐蚀并且有着实用的磁性。如果你把一个DVD盒上的塑料防盗标签拆下来，你将会发现看起来像铝箔的一层很薄的金属玻璃。当你租或者买DVD光盘时，收银员会把它滑过一个垫子使其中的金属玻璃退磁，所以在你离开的时候不会引起警报。通过把铈铝玻璃放置在25吉帕压力下——大约250000倍的标准大气压——这个研究小组制成了单晶体。

科学家研究金属玻璃已半个世纪之久，在1982年出现了令人震惊的发现，玻璃确实有有其原子结构——在几个原子的范围内的有序性。但是很明显它没有长程有序性。

“玻璃的结构现在对我们来说仍然是神秘的，虽然我们经常用到玻璃，关于它我们所知道的依然很少，而且用传统的方法研究玻璃的结构并不容易，”领导了一个研究小组的浙江大学的曾桥石说，小组成员来自SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学、华盛顿的卡内基研究所、乔治梅森大学和中国的吉林大学。

当曾、毛和他们的组员在Argonne国家实验室先进光子源进行研究时，应用了250000棒的压力（是海平面处地球大气压的250000倍），他们在两个菱形物的顶端压制金属玻璃的样品，而他们的目的并不是寻找有序性，他们只是在做一系列探究材料在极端条件下的表现的实验。

所有的样品都是从一个一厘米长、非常薄的金属玻璃带上取的。在强大的压力下，所有的样品“失去了玻璃光泽”，突然地从它们的玻璃态转化成为一个面心立方的晶体结构——其内部原子排列如同打包进盒子里的乒乓球整齐有序。

而且，在成为晶态的样品中的所有原子都朝同一方向排列起来——据研究者们推断，这种隐含的结构贯穿整条玻璃带，并且当玻璃形成的时候就已经如此了。

七月份将要参加在斯坦福的毛的团队的曾桥石说高压或许提供了一种从玻璃制成单晶材料的新的途径。另外，他还说，它提供了一种统一理解材料的原子结构的方法，通过直接把两种极端的例子联系起来：高度有序的单晶与高度无序的、紊乱的玻璃。

SLAC国家加速器实验室提供