b) 生物体的玻璃化冷冻

在非晶态物质中，存在两个很奇妙的“粒子”状态由扩展态到局域态的转变。第一个转变是玻璃化转变，即由液态直接转变为非晶态固态，这里的粒子就是指组成非晶态物质的原子，在这种转变中，原子的迁移率经历了剧烈的变化，宏观上表现为粘度发生十几个的数量级变化。第二个是安德森转变，是指非晶态物质中的电子通过一种微妙的结构无序所导致的金属与绝缘体之间的转变，在这种转变中，电子波函数经历了从扩展特性到定域特性的变化。这两种局域性质向传统的凝聚体理论提出了挑战，加深了我们对于物质的微观结构和电子结构的理解。

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: 比如, 非晶合金是迄今为止最强的金属材料和最软的金属材料之一(最强的Co 基非晶合金的强度高达到创纪录的6.0 GPa, 最软的Sr 基非晶合金的强度低至300 MPa); 非晶合金是迄今为止发现的最强的穿甲材料, 最容易加工成型的金属材料, 最耐蚀的金属材料, 最理想的微、纳米加工材料之一; 非晶合金还具有遗传、记忆、软磁、大磁熵等特性. 非晶材料的迅猛发展也为研究材料科学和凝聚态物理中一些重要问题的模型体系. 近十几年来, 非晶合金材料的发展和应用把非晶结构、物理性能及相关的物理问题的研究推向凝聚态物理和材料科学领域的前沿.

能任意变形的金属塑料与最强的穿甲材料——金属玻璃

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。2005年《科学》杂志在创刊125周年之际提出了125个科学前沿问题。 其中玻璃化转变和玻璃的本质被认为是最具挑战性的基础物理问题和当今凝聚态物理的重大前沿之一。因此，非晶态物理一直是凝聚态物理研究的前沿课题。与非晶态相关的研究已产生3次诺贝尔物理奖，1次诺贝尔化学奖。

2005年《科学》杂志在创刊125周年之际提出的125个科学前沿问题中第47个问题：玻璃态物质的本质是什么？

近年来开发出的非晶合金材料在强度、硬度、韧性、超塑性成型、软磁、耐磨、耐腐蚀、抗辐照等方面具有显著优于常规金属材料的特质，在高技术、国防、信息和能源领域等方面的有重要应用前景。

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

非晶态合金材料揭开了非晶物理研究的全新篇章，为发现新非晶材料、新效应和新物态，建立新的理论提供了契机，充满着惊奇、机遇和挑战。另一方面，非晶材料的探索方式也不同于传统探索材料的方法。传统探索新材料的方法主要是通过改变和调制化学成分，调制结构及物相、调制结构缺陷来获得新材料。而非晶材料则是通过调制材料的“序”或者“熵”来获得的新材料。 如非晶合金就是典型通过快速凝固或者多组元不同元素的混合，引入“结构无序”而获得的高性能合金材料。通过改变和调制“化学序”也可获得性能独特的新材料，无序高熵合金就是近年来采用多组元混合引入“化学无序”获得的新型材料。这种通过调制材料的构型“序”或者“熵”的方法将会使得更多类似非晶新材料的发现，其基本的物理机制更值得关注和深入研究。

《物理学报》近期出版了“非晶物理研究进展”专辑，从物理、材料、力学、模拟、实验和理论诸方面，以不同的视角综述介绍非晶材料和物理的最新进展、问题、现状和展望，希望能帮助读者系统了解非晶物理及材料领域的最新进展。

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

（中国科学院物理研究所 汪卫华）

编辑：J.C.返回搜狐，查看更多