液态与应力驱动动力学在金属玻璃形成体中的竞争机制：温度扫描X射线光子关联光谱研究新视角

研究人员通过温度扫描X射线光子关联光谱（XPCS）技术，揭示了Pt基金属玻璃形成体在非平衡态下α弛豫与应力驱动弹道运动的竞争机制。该研究首次提出基于KWWMULTI模型的叠加动力学解释，拓展了玻璃转变过程中原子尺度动力学的认知边界，为理解非平衡材料动力学提供了新范式。

　　

金属玻璃作为非晶态材料的代表，其形成过程涉及从液态到固态的复杂动力学转变。传统研究多聚焦于平衡态下的等温过程，而对非平衡态（如玻璃转变区）的原子尺度动态行为仍存在认知空白。尤其当系统脱离平衡时，应力积累与液态弛豫的竞争机制尚未明确，这限制了人们对玻璃形成能力与材料性能的调控能力。欧洲同步辐射实验室（ESRF）联合多国团队在《Nature Communications》发表研究，通过创新性温度扫描XPCS技术，首次捕捉到金属玻璃形成体在连续变温过程中的动态异质性演化。

研究采用温度扫描X射线光子关联光谱（XPCS）技术，以Pt_42.5Cu₂₇Ni_9.5P₂₁合金为模型体系，在ESRF的ID10光束线实现0.01秒超快曝光。通过240秒批处理分析时间-时间关联函数（TTCF），结合改进的KWW_MULTI拟合模型（包含拉伸指数KWW_S和压缩指数KWW_C分量），解析了从玻璃态到过冷液态跨越6个数量级的动力学过程。

结果部分
A first overview of the temperature scanning XPCS results
差示扫描量热（DSC）确定的玻璃转变区（500-525 K）与XPCS动力学变化高度吻合。时间关联函数显示：升温过程中510 K（玻璃转变区）的暖色对角线窄化程度介于480 K（玻璃态）和541 K（过冷液态）之间，证实动力学加速与温度的相关性。

Conventional KWW fitting in the equilibrium
在过冷液态区，传统Kohlrausch-Williams-Watts（KWW）函数能良好拟合强度自相关函数g₂的拉伸衰减（β<1）。但在玻璃转变区和玻璃态，KWW模型出现系统性偏差——初始阶段（0.01-10秒）呈现超拉伸衰减，后期则转为压缩衰减。

The multiplicative KWW fitting used in the non-equilibrium
创新性提出KWW_MULTI = KWW_S×KWW_C模型：KWW_S（β_S=0.33-0.7）对应液态α弛豫，KWW_C（β_C≈2）反映应力驱动弹道运动。在510 K的冷却过程中，KWW_S（τ=3423秒）主导前10秒动态，而KWW_C（τ=133秒）在57秒后主导"截断"式衰减。

Comparing conventional and multiplicative KWW fitting results
KWW_C的τ_C在玻璃态呈现弱温度依赖性（非平衡特征），而τ_S在加热至506 K时最大，随后呈现液态特征的陡峭负温度依赖性。β_S的温度演变与宏观应力弛豫数据一致，验证了模型的物理意义。

A comparison with macroscopic fragility measurements
通过Maxwell关系η=Gτ将XPCS弛豫时间转换为粘度数据，发现η(τ_S)在玻璃转变区仍遵循合作剪切模型（CSM）平衡趋势线，证实液态动力学在非平衡态的持续存在。

研究结论揭示：金属玻璃的玻璃转变本质上是刚性域（rigid domains）互锁引发的体积挫折过程。这些纳米尺度区域（对应中等程有序结构）通过形成动态骨架结构产生应力梯度，驱动弹道式"微观漂移"运动（对应KWW_C），同时残留的液态α弛豫（KWW_S）形成竞争机制。该发现不仅解释了非平衡态下压缩衰减的起源，还将经典动力学异质性理论拓展至应力驱动领域。技术层面，0.01秒超快曝光突破了传统XPCS的时间分辨率限制，为研究非平衡材料动力学建立了新标准。这项工作为调控金属玻璃的力学性能提供了原子尺度理论基础，对开发新型非晶材料具有重要指导意义。