萨尔州大学 萨尔州大学实验室生产的金属玻璃
信用:加利诺/布什 除非你碰巧是一名材料科学家，而我们大多数人毕竟不是，否则“眼镜”这个词可能会让你想起窗玻璃、酒杯或眼镜之类的东西
几乎没有人会想到金属
但金属玻璃，或称“非晶态金属”，在科学研究和技术中扮演着越来越重要的角色
当金属熔体冷却得如此之快，以至于在几分之一秒内凝固时，它们在原子水平上仍然是混乱无序的
如果它们被缓慢冷却，原子将有时间重新排列并形成有序的晶格结构，但是非常快速的冷却意味着无序的液体熔体中的原子没有足够的时间重新排列并且基本上冻结在位置上
这种原子无序赋予了这些“非平衡”金属玻璃的性质，这些性质与当相同成分经历更常规的缓慢冷却时形成的有序晶体合金的性质截然不同
金属玻璃可以像钢一样坚固，同时具有聚合物的弹性
宇宙中的大多数物质都是无定形的，这意味着它们混乱无序，缺乏结晶固体中的长程有序性
即使是水，在冰冻状态下，在地球上有一个规则的晶体结构，在更广阔的宇宙中也是玻璃状或无定形的，比如在温度低于-150℃的彗星中发现的水
从科学的角度来看，从液态到非晶态固态的转变是一个非常重要的问题
伊莎贝拉·加里诺说:“玻璃化过程中到底发生了什么还不是很清楚。”
与来自西班牙的同事合作
丹尼尔·卡加罗西博士
法国哈维尔·蒙尼尔(博士
比阿特丽斯·芸香属)和德国(拉尔夫·布施教授，也来自萨尔州大学)
加利诺以前所未有的细节研究了当亚稳态液态合金玻璃化形成固体玻璃时，原子水平上发生了什么
量热研究芯片的照片
信用:加利诺/布什 加里诺和她的同事们利用格勒诺布尔欧洲同步加速器研究设施产生的极其明亮和相干的x光束，研究了一种特殊的金合金在从大约150℃(液态)冷却到大约115℃(冻结的玻璃态)时发生的原子重排
使用这种技术，研究小组能够观察到材料冻结时原子的运动是如何减少的
冷冻过程本身也用一种新型的快速量热计进行了研究——这种快速扫描量热计可以实现极高的加热和冷却速率
以前，没有人能够以如此高的精度观察到玻璃化范围内发生了什么
“到目前为止，还没有人成功地在如此广泛的加热和冷却速率范围内进行这些观察，”伊莎贝拉·加里诺解释说，她目前正在从事她的适应训练，这是一个高级研究学位，使持有人有权在德国教授级教学
十年前，由于技术原因，这种类型的研究根本不可行
当时，科学家们无法选择将这些材料置于极其明亮的同步加速器x光束下，也无法使用快速扫描量热仪来记录高达每秒100，000度的相变和其他转变
今天，这两个选项都是可用的，伊莎贝拉·加里诺和她的同事们很好地利用了它们
在他们发表在受人尊敬的同行评审期刊《科学进步》上的研究论文中，该团队表明，他们的结果挑战了以前被接受的材料科学研究范式
到目前为止，传统观点认为液体冻结的速率与所谓的α-弛豫速率相同
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随着温度的降低，原子的初级迁移率降低的速率
加利诺
“但这种一对一的关联不是我们实际观察到的
" “那是因为熔体由各种不同大小的原子组成
伊莎贝拉·加里诺说:“当像金这样的大原子已经冻结并且基本上静止不动时，像硅这样的小原子仍然可以四处移动，并“慢跑”到它们能量偏好的位置。”
由于这种较小尺寸原子的集体流动，材料内部仍然存在整体流动性，继续表现得像液体
只有当较小的原子最终冻结时，液体才完全凝固成玻璃
伊莎贝拉·加里诺和她的研究同事们的这一基本新发现对正在进行的无定形金属和其他玻璃形成材料(如聚合物和离子液体)的全球研究具有启示意义
提高对玻璃化过程的理解不仅有助于未来新的特殊材料的产生，而且将使我们对现有无定形材料的行为有更深入的了解
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