物语 | 高温上淬对稳定非共晶金属玻璃的影响
科海拾贝
Research Highlights
本期我们介绍的工作是中国物理学会2020-2022年度"青年人才托举工程"入选者，中科院物理研究所特聘研究员孙永昊发表在Phys. Rev. B上的论文Effect of high-temperature up-quenching on stabilizing off-eutectic metallic glasses
(doi.org/10.1103/PhysRevB.103.L100203)
论文简介
本工作的主要内容是利用一种新的超快差热分析技术在1万度每秒的升降温速率下研究了一种稀土基非晶合金的玻璃形成能力，发明了一种“低温”制备非晶合金的方法。
摘要原文
Fast-heating calorimetry is used to study in operando the vitrification mechanism of off-eutectic Yb47Mg31Zn19Cu3 liquid at a cooling rate of 10000 K s–1. The glass forms only when it is quenched from between the melting and liquidus temperature, contradicting the need for full remelting. Zinc-rich precipitates, forming on quenching from above the liquidus, deteriorate vitrification—which also offers an alternative explanation to what has often been considered as liquid-liquid transition. Application of an up-quenching thermal protocol facilitates the glass formation by removing the precipitates in situ; it is generally applicable and may extend the glass-forming range of other off-eutectic glasses. This research demonstrates a strategy to develop bulk metallic glasses.
作者信息
孙永昊，毕业于清华大学和剑桥大学，曾在霍普金斯大学做博士后，现任中国科学院物理研究所特聘研究员。其研究方向是金属液体的理论、结构和物性。
寻幽问径
Scholar Insights
我们有幸采访到了本文通讯作者孙永昊研究员，以了解他的研究思路和研究心得。
您开展这个研究的动机是什么？为什么这个方向会吸引您？
孙永昊：人们对金属固体的研究很多，但对于金属液体的认识很少，其原因是金属液体因结构无序、组分多元、转变快速而难以通过常规手段表征。然而，金属固体是由金属液体冷却形成，液体的成分、结构和物性也决定了固体的物性。所以需要利用新方法来研究金属液体。
完成这个研究需要采取什么特殊的计算方法/实验手段？
孙永昊：特殊的实验手段是超快差热分析。它将传统差热分析中的样品端、参比端、热电偶和电阻丝都集成到一张芯片上。因为样品尺寸小（类似一个PM2.5颗粒），所以可以产生超高的升降温速率，能检测到金属液体在超短的时间内发生的结构与物性变化。
研究过程中遇到的最大困难是什么？最后如何克服了？
孙永昊：我们发现一个面积非常小的放热峰会决定该合金能否形成非晶，但不清楚它的起源。该峰所对应物质的含量在整个样品中不到万分之四，所以在高分辨结构表征中看不到任何信号。最后我们在元素周期表上查到元素锌的熔点和它相近，对纯锌进行测试后证明是锌析出。
您对研究结果满意吗？具体在什么方面取得了突破进展？
孙永昊：满意。在金属材料中掺杂（又称微合金化）是改变某些金属材料物性的有效手段，但因为掺杂含量少而难以表征，所以会形成技术壁垒。我们的研究提供了一种检测微掺杂元素成分和含量的新方法，具有和高分辨结构表征手段无法比拟的高灵敏度。
您的合作者如何看待这个研究的？您认为其他同行会如何看待这个研究？
孙永昊：这项研究就是一项国际合作的成果，我是在和访问学者Jiri Orava的讨论中认识到是锌析出，从而揭开了小吸热峰的神秘面纱。我认为其他同行对超快差热分析还不了解，暂时还意识不到该研究的价值。但随着我们后续研究的深入，相信他们会逐渐认识到我们研究的可贵之处。
论文在投审稿过程遇到了什么让您记忆深刻的事情？
孙永昊：我们先尝试投稿到几本好杂志上，遗憾的是都没有送审；在PRB送审后，我们很快就收到了很好的评价并发表。我觉得开辟一个新的方向不是一朝一夕的事情，不可能第一次就将工作发表到顶刊上；相反要从小文章开始积累，久久为功。不能只见树木，不见森林。
该研究会对相关领域做出什么贡献或影响？
孙永昊：金属液体作为一种多组元液体，在结构转变以外还可能包含成分变化，所以研究者较少。传统的研究手段主要表征的是金属液体的粘度和原子结构，分析的是平均信息。我们的新方法有望揭示金属液体中的某种组元的特殊变化或结构中的局域变化，会丰富人们对金属液体的认知。
您将会继续深入相关的研究工作吗？有什么具体的期待？
孙永昊：我将继续深入研究相关工作。事实上，我们的PRB工作还产生了两个新问题。一是有没有可能在液体成分或结构不均匀的情况下产生玻璃形成能力好的非晶合金；二是液体的粘度或弛豫时间会不会随冷却速率的增加而升高。我们的工作就像一个链式反应，会引发一系列新工作的产生。
您认为在您的研究生涯中，谁（哪几位）曾给予了您最大的支持与帮助？
孙永昊：首先是我的博士生导师A.L.Greer先生，是他把我领进了非晶合金的学术圈；其次是我的博士后导师T.C.Hufnagel先生，是他教会了我如何写学术文章；最后是我现在的实验室组长汪卫华院士，是他给我提供了一个很好的平台，并给我充分的支持和自由去做我想做的研究。
您最尊敬和敬仰的科学家有哪一位或哪几位？
孙永昊：钱学森、黄大年、钟南山、A.Cottrell、C.A.Angell。
您对年轻学生和青年科学家有哪些建议？
孙永昊：我也很年轻啊。做学问不要被顶刊牵着鼻子走，热闹的未必是有用的。真理往往掌握在少数人手里。
设计：阿泽
排版：由理
美编：农民
责编：理趣
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