编者按

材料科学的传统范式建立在“成分-工艺-结构-性能”这一清晰关联链之上。然而，对于非晶合金、高熵合金等具有拓扑或化学无序特性的合金体系，传统的晶体学框架与缺陷理论遇到了深刻的挑战。在这类材料中，原子的几何结构或化学组分排布高度混杂，展现出迷人的“无序”特性。我们不能再将无序简单视为材料的“病态”或“缺陷”，而必须将其理解为物质的一种基本且丰富的存在状态。这种无序并非晶体中混乱的代名词，其内部蕴藏着从原子近邻、介观团簇到相分布等多尺度的 “序”：一种不同于晶体周期规律的复杂秩序。理解并精准调控这种“序”，正成为解锁无序合金卓越性能、推动其走向高端应用的核心科学钥匙。

“无序合金的序调控”专题将展示“序调控”在不同无序合金体系中的多维潜力。在非晶合金方面，从多尺度揭示了结构“序”与性能之间的内在关联，包括纳米尺度软硬相序构调控剪切带行为，类晶团簇影响强脆转变与玻璃形成能力，理解非晶转变的动力学拓扑相变，突破软磁非晶合金性能的多尺度序调控，以及连接原子构型与宏观性能的介观非均匀性研究等，研究涉及非晶材料的制备、年轻化与变形调控的新途径和前沿手段，包括原子级制造、高温机械循环与高温流变等。在高熵合金方面，研究聚焦于化学有序和相结构设计，包括成分调控操纵有序-无序相变以优化性能，电流处理、增材制造等手段精准调控微观组织，以及动态力学、原子应变计算与相变模拟等，从理论与实验上深化了对高熵合金变形机理与相稳定性的理解。

这些工作共同指向一个深刻的范式演进：“序调控”正成为结构调控的新视角，成为设计和制备新材料，特别是高性能无序合金的新路径。从通过快速凝固“冻结”结构无序获得非晶合金，到利用多主元混合引入化学无序创造高熵合金，再到如今主动地、多尺度地调控各类“序”参数，我们正在学习如何与复杂无序体系对话，并引导它们走向性能的奇点。我们期待本专题能为无序合金领域的研究者提供有益的参考，推动该领域取得新的突破。

客座编辑

柯海波    松山湖材料实验室

彭海龙    中南大学

专题文章

无序合金的序调控专题编者按

柯海波，彭海龙

物理学报, 2026, 75(2): 029001

DOI: 10.7498/aps.75.029001

CSTR: 32037.14.aps.75.029001

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研究论文

玻璃形成液体弛豫结构特征的机器学习研究

潘强强，杨阳，罗健，王琦，彭海龙

物理学报, 2026, 75(11): 110701

DOI: 10.7498/aps.75.20260233

CSTR: 32037.14.aps.75.20260233

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摘要：不均匀弛豫是过冷液体最典型的动力学特征，其随时间的演化通常呈现非指数形式。这种非指数行为使得液体的弛豫时间在体系慢动力学出现时以超Arrhenius的形式增加，而液体结构仅有细微的变化。在该过程中，急剧变化的动力学性质与静态结构是否存在关联仍具有争议。本文以典型二元玻璃形成体系Cu₅₀Zr₅₀为研究对象，采用经典分子动力学模拟结合监督机器学习方法，从原子尺度系统研究了静态结构与α弛豫动力学之间的内在关联，定义了具有物理可解释性的原子尺度软度序参量S_i。研究结果表明，随着温度降低，过冷液体中原子迁移率分布由单峰逐渐演化为双峰结构，明确标志着低温区动力学不均匀性的显著增强。由机器学习预测得到的软度场显示，高S_i原子与在后续α弛豫过程中发生显著位移的原子高度相关。并在空间上形成清晰“高软度-低软度原子群”双群体分布。对于给定S_i的原子群体，其动力学激活概率在过冷液态区间内服从Arrhenius行为，对应的激活能与S_i呈近似线性关系；相比之下，其α弛豫时间在低温区表现出明显的非Arrhenius特征，反映了协同运动的增强。与动力学行为相对应，软度结构序参也呈现双峰分布，表明在过冷液态区间，原子局域结构的激活倾向经历了显著的重分配。本研究为揭示过冷液态过程中结构演化规律以及动力学不均匀性所对应的结构特征提供了新的视角。

键合特征对金属玻璃弹性变形机制的影响

闫澳，吴桢舵，刘思楠，姚忠正，朱贺，兰司

物理学报, 2026, 75(4): 040805

DOI: 10.7498/aps.75.20251679

CSTR: 32037.14.aps.75.20251679

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摘要：金属玻璃变形行为的起源被认为是局域结构的重排，但是变形过程中不同原子键和团簇类型带来的结构响应机制仍然不明。我们使用同步辐射高能X射线全散射技术结合对分布函数分析方法原位研究了金属-类金属键体系与金属-金属键体系的金属玻璃拉伸变形过程中的局域结构演变。结果表明，在拉伸弹性应变状态下，金属-金属键体系金属玻璃的短程和中程有序结构堆积密度均变得更加松散，且结构趋于无序化。在金属-类金属体系中，虽然短程有序结构的堆积密度在应变作用下整体结构趋于松散，但是局域原子键的协同重排使其短程有序结构有序度增加，并且延伸至中程序尺度。研究发现金属玻璃原子键的类型显著影响了原子间关联长度与局域结构有序度的变化，进而影响微观结构的非均匀性与变形行为。研究结果为揭示金属玻璃变形的微观结构起源提供了新的理解。

基于准晶结构设计的Ti基金属玻璃实现比强度与塑性的协同提升

蔡正清，李子敬，冯士东，王利民，刘日平

物理学报, 2026, 75(2): 020802

DOI: 10.7498/aps.75.20251415

CSTR: 32037.14.aps.75.20251415

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摘要：在高性能结构材料的发展中，实现轻质、高强与良好塑性的平衡始终是材料设计的重要挑战。钛基金属玻璃因其极高的比强度而备受关注，但强度与塑性之间的固有矛盾长期限制了其应用潜力。本文基于前期由准晶Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀衍生的(Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₇₂Be₂₈块体金属玻璃体系，通过引入少量Al元素实现了性能的协同优化。结果表明，((Ti₄₀Zr₄₀Ni₂₀)₇₂Be₂₈)₉₇Al₃块体金属玻璃的比强度高达5.34×10⁵ N·m/kg，创造了Ti基金属玻璃的新纪录，同时塑性应变达到了13%，突破了金属玻璃比强度-塑性的性能界限。结构分析表明，Al的微合金化有效继承并调控了源自准晶相的短程有序结构特征，从而实现了强度与塑性的协同提升。本研究为Ti基块体金属玻璃的成分设计及其在轻量化结构材料领域的应用提供了新的思路。

软硬相序构金属玻璃中的剪切带行为

王寿成，潘强强，宁睿，彭海龙

物理学报, 2025, 74(19): 196101

DOI: 10.7498/aps.74.20250845

CSTR: 32037.14.aps.74.20250845

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摘要：金属玻璃(MGs)的剪切带行为与其微观结构不均匀性密切相关。传统分子动力学(MD)模拟因超快冷却速率导致MGs结构保留了更多液体特征，而交换原子的蒙特卡罗(SMC)方法能够在模拟上制备出可匹配实验室时间冷却速度的低能态金属玻璃。本文通过SMC结合MD方法，构建软硬相分布可控的Cu₅₀Zr₅₀金属玻璃样品，揭示纳米尺度结构不均匀性对剪切带萌生与扩展的调控机制。由MD制备的软相中二十面体有序团簇含量较少，优先激活塑性事件，促进应力重新分布，与邻近硬相一起响应对剪切带扩展起协同作用。MC制备的硬相区由于其高密度的二十面体团簇的含量，使得应力局域集中，形成窄剪切带。通过调控硬相体积分数，复合样品发生由韧到脆转变。此外，在保持硬相百分比不变的前提下，不同序构策略可以改变非晶的力学行为：离散硬相的分布能够增加样品的稳定性，推迟剪切带的产生； 硬相包围软相的策略能够促进样品中产生二次剪切带，使得剪切带区域相对非局域化。该研究结果揭示了软硬区结构不均匀性对非晶合金力学性能的影响，为采用序构方法设计金属玻璃力学性能提供了可能的理论指导。

FeZrB基金属玻璃的强脆转变行为及其对玻璃形成能力的影响机制

王建峰，史禄鑫，费婷，白延文，胡丽娜

物理学报, 2025, 74(19): 196402

DOI: 10.7498/aps.74.20250889

CSTR: 32037.14.aps.74.20250889

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摘要：玻璃形成液体在温度变化过程中会表现出独特的动力学转变行为，在降温过程中，系统会经历从脆性液体到强性液体的转变，称为强脆转变。本研究以Fe-Zr-B-M四元体系为研究对象，通过黏度实验揭示该体系存在显著的强脆转变行为，并以晶化激活能作为评价指标，建立Fe-Zr-B-M体系中强脆转变程度与玻璃形成能力之间的负相关性。结果表明，类晶团簇在Fe-Zr-B-M体系金属玻璃的凝固过程中起关键作用，据此提出了基于二十面体团簇向类晶团簇结构转变的强脆转变机理，并确立了混合焓和错配熵在调控Fe基非晶合金液体强脆转变过程中的重要作用。

动力机械循环过程中非晶合金变形特征与年轻化机理研究

安婉莹，梁淑一，张浪渟，KATO Hidemi，乔吉超

物理学报, 2025, 74(16): 166101

DOI: 10.7498/aps.74.20250563

CSTR: 32037.14.aps.74.20250563

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摘要：物理老化很大程度上限制了非晶合金工程应用，力学激励是一种有效的调控非晶合金能量状态并克服此问题的手段。本文以Pd₂₀Pt₂₀Cu₂₀Ni₂₀P₂₀非晶合金为模型体系，使用动态力学分析仪开展高温线性机械循环-回复实验，基于两相Kelvin模型和特征时间连续谱，探索了非晶合金机械循环过程中的变形特征及年轻化机制。结果表明，机械循环过程中应变和应变速率随机械循环强度提高而增加，循环加载耗散分量在热力学能量转换中起主导作用。提高机械循环强度可促进黏弹性变形，激活非晶合金固有的缺陷，增加动力学非均匀性，导致非晶合金变形更倾向于流动的液体。借助差示扫描量热仪建立了非晶合金变形和能量状态的内禀性关联，机械循环过程中年轻化起源于黏弹性应变诱导吸热过程。相较于传统蠕变变形，机械循环具有更高的年轻化潜力。该研究为高温流变调控非晶合金的能量状态提供了理论依据，为进一步理解非晶合金序微观结构非均匀性和年轻化之间的关联提供新的思路。

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