金属玻璃是非常坚韧而且有弹性的材料，然而关于金属玻璃微观结构的研究一直存在争论。近日，研究者在两三个原子直径尺度下观察金属玻璃并提出了金属玻璃内部原子分形的理论，成功的解释了金属玻璃宏观性能和微观结构的联系。
金属玻璃是非常坚韧而且有弹性的材料，用肉眼看来与不锈钢是相同的。但金属玻璃与普通金属的区别在于，金属玻璃是无定形的，缺乏有序晶体状原子排列。这种随机分布的原子，是所有的玻璃材料(如窗玻璃和餐具)的主特性，并且给予金属玻璃独特的机械性能和不可预知的内部结构。材料科学和机械工程与应用科学部的教授朱莉娅.格里尔和加州理工学院实验室的研究人员已经证明金属玻璃确实有一个原子水平结构(如果将它足够的放大)，尽管它不同于金属晶体的特性。
如果你在大于几个原子的直径的尺度下观察金属玻璃，你会发现紧密排布蓬乱的原子簇。格里尔组在新发表的文中指出，原子簇内部有一种可预测的直径大约为两到三个原子直径的排列结构称为分形。
分形是不同尺度自相似性形成的花样，并且分形可以很自然的发生。该小组做了仿真模拟和实验来探测铜，锆和铝金属玻璃合金的原子结构。例如金刚石或金这些晶体结构的原子或分子被排列成有序晶格图案。因此，围绕在结晶材料的原子的局部邻域与其他地方中的材料是相同的。
在非晶态金属中，材料内的每个位置看起来不一样。然而格里尔和她的同事发现，当你放大到三个原子直径看原子之时出现了不一样的结果。在这种尺度上，无论在材料的哪个位置，同样的分形图案都存在。陈说，“在组成金属玻璃的原子集群中，原子排列成一种特殊的称为渗流的分形图案。”
尽管其他科学家先前已经猜测，金属玻璃中的原子分形地分布。然而，这产生一个明显的矛盾：当原子分形地分布时，在它们之间应该有空间。但是，金属玻璃就像普通的金属是完全致密的，这意味着他们在空白区域缺乏显著的空间。
“我们小组已经通过表明原子只分形地排布达到一定规模解决了这一矛盾。”格里尔说。“比两三个原子直径尺度大，原子簇随机和紧凑排布，组成了一个完全致密的材料，就像一个普通的金属。因此，我们可以得到一些既分形又完全致密的东西。”
这一发现是与金属玻璃相关的，但该小组关于分形分布的原子结构结论可以应用到任何无定形材料，如在窗玻璃上的玻璃或冰冻口香糖。“非晶态金属可以表现出独特的特性，如不同寻常的强度和弹性。”陈说，“现在我们知道这些材料的结构，我们就可以开始研究它们的原子级排布是如何影响他们宏观上的性能。” |
