正在守旧看法中，物质一般被划分为气体、液体和固体三大类。假若整个物质都能正在尝试上通过“冷冻”历程转化为非晶态，这将阐明非晶态是通例物质的第四态，也即非晶态是物质的根本形态之一。正在索求非晶态物质的变成探讨中，Turnbull正在上世纪50年代提出一个要害题目：“整个物质都能转化为非晶态吗？” 他预测，当金属的过冷度足够大时，可能通偏激速冷却变成非晶态。他指出，假若能将非晶变成本领最弱的单质金属转化为安静的非晶态，这将为非晶态是物质的根本属性供给最有力的证据。

　　遵循Kauzmann正在1948年提出的闻名熵垂危外面（液体不行无穷过冷，当液体冷到某个温度点，假若液体陆续过冷，因为液体的熵不行低于相应晶体固体的熵，所以它势必要通过玻璃更改变成非晶态，不然将激发熵垂危），液体变成非晶态是热力学的势必。不过，单质金属的非晶变成本领极其低弱，据外面估算，须要每秒十亿度以上的冷却速度（1010/s），能力完毕单质金属的非晶化，况且如许取得的非晶单质金属正在室温下极担心静，会正在几分钟内晶化。一个世纪往后，为了取得单质非晶金属，各邦科学家举行了永远不懈的勉力实验，但仅或许使局部单质金属（如钽）完毕非晶化。奈何兴盛普适的制备本事，完毕整个类型单质金属的非晶化，而且能正在室温下维系安静，口角晶物质科学和质料范畴的宏大寻事和科学“圣杯”。

　　近期，中邦科学院物理探讨所/北京凝固态物理邦度探讨核心汪卫华院士团队借助原子筑筑及质料基因工程高通量的思思，诈骗今世激光速冷和陈腐的制备玻璃的助熔剂相集合的工艺，得胜地将整个类型十众种单质金属，征求最难以完毕非晶化的面心立方（fcc）单质金和银，制备成为室温安静的非晶态。该效率初度从尝试上阐明整个类型的单质金属都能变成非晶态，非晶态是通例物质的本征态和根本物质属性之一。

　　本探讨采用超速皮秒脉冲激光本事，正在无水乙醇液体介质（动作助熔剂）中对各样单质高纯金属靶材举行液相烧蚀。通过精密调掌管备参数，用无水乙醇动作液体护卫冷却介质，避免非匀称形核，完毕了靠近1013 K s-1的火速冷却速度，可得胜压抑单质金属晶体的形核和发展历程。因为激光烧蚀这种原子筑筑门径或许出现豪爽具有分别能量和构型的颗粒，有恐怕搜捕单质金属能量地貌图中各样分别安静性的非晶构型，从而筛选到具有室温安静性的单质非晶纳米颗粒。采用这种本事得胜地将各样金属单质纳米颗粒更改成单质非晶态颗粒（睹图1）。

　　图1 采用超速皮秒脉冲激光本事，正在无水乙醇（动作助熔剂）中液相烧蚀制备的单质非晶金和钌纳米颗粒

　　为了验证所制备的纳米颗粒为非晶态单质金属，团队采用了双球差矫正透射电子显微镜（Cs-corrected TEM）、电子能量亏损谱（EELS）、X射线光电子能谱（XPS）等进步外征本事，对众种晶体类型的单质金属的非晶样品举行了原子布局、因素和电子价态等的精确阐明，说明了样品的非晶单质性子（睹图1）。其它，通过原位电子辐照尝试，考查到单质非晶布局向晶体布局的更改历程，且无序-有序更改后的晶格常数与该金属的晶体晶格常数相完婚。同时发明分别单质非晶之间、统一单质非晶的分别样品之间正在电子辐照下的安静性存正在不同，这评释非晶态单质金属的安静性与其构型亲昵闭联（睹图2），也说明了这种构型高通量的门径可能有助于咱们筛选到分别构型和分别安静性的单质非晶。该本事完毕了整个布局类型（面心立方、密排六方和体心立方）单质金属的非晶化，进一步验证了该门径的普适性（睹图3）。

　　作品阐明揭示了该门径变成单质非晶金属的机制。当激光映照靶材时，天生豪爽熔融态的纳米颗粒进入液体介质并即刻被包裹，液体介质供给高达1013 K s-1的冷却速度，使纳米颗粒疾速冷却，同时液体介质的包裹为熔融金属纳米颗粒供给了一个无容器/无杂质的冷却处境，可有用压抑其非匀称形核。所以，正在火速冷却和助熔剂效应的协同效率下，完毕了单质金属非晶变成本领的冲破。分子动力学模仿发明火速冷却和助熔剂协同效率能有用消浸非匀称形核的概率，推迟单质金属冷却的TTT（Time-Temperature-Transformation）弧线的鼻尖产生时候，督促非晶布局的变成。单质金属纳米颗粒的构型高通量，为从能量地形图中搜捕高安静性的单质非晶纳米颗粒供给了机遇。模仿结果揭示了单质非晶的安静性与其原子构型之间的严密干系。正在高安静单质非晶的原子布局中，蕴涵更众类二十面体团簇，如0,0,12,0，0,1,10,2 和 0,2,8,2，这些团簇体现出较高的五重对称性；而担心静单质非晶中则蕴涵更众类晶体团簇，如0,4,4,4，0,4,4,5 和 0,4,4,6，这些团簇具有较高的四重或六重对称性。类二十面体团簇正在原子布局中出现的强拓扑阻挫是安静单质非晶布局的要害身分（睹图4）。

　　该做事以“Breaking the vitrification limitation of monatomic metals”公布于学术期刊《Nature Materials》上。本做事是正在中邦科学院物理探讨所白海洋探讨员诱导下达成。松山湖质料尝试室副探讨员童星和辽宁大学联培博士生张月娥为作品的协同第一作家，中邦科学院物理探讨所白海洋探讨员、松山湖质料尝试室柯海波探讨员、北京大学周继寒教师为作品的协同通信作家，协作作家还征求松山湖质料尝试室张博探讨员，中邦科学院物理探讨所柳延辉探讨员，上海大学王刚教师等。上述做事取得了广东省底子与行使底子宏大探讨项目、邦度自然科学基金委、中邦科学院战术性先导科技专项等科研项主意接济。

　　本探讨开荒了一种制备单质非晶金属的普适政策，即集合原子筑筑和高通量筑筑的思思，将陈腐的助熔剂工艺与进步的激光急冷本事相集合，完毕了整个布局类型的单质金属的非晶化，征求最难非晶化的单质金，冲破了物质非晶变成本领极限，处分了制备单质非晶金属的百年困难。激光烧蚀制备众构型非晶纳米颗粒这一构型高通量门径，供给了一种基于原子筑筑、构型高通量制备和计划非晶质料的新思绪。

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　　原题目：《【复材资讯】中邦科学院物理探讨所/北京凝固态物理邦度探讨核心汪卫华院士团队正在非晶金属质料范畴获得新发扬》

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