“老化”（ageing）是非晶/玻璃等非平衡态材料在能(néng)量驅動下的自然演化規律。高溫退火可以加速非晶老化的速度，直至降低到平衡态。在工業上，适當老化被(bèi)廣泛應用于提高非晶合金的軟磁特性或提高光學(xué)玻璃的均勻性等。然而，1963年美國(guó)威斯康星麥迪遜大學(xué)教授Kovacs卻發(fā)現，非晶态材料如果經(jīng)過(guò)先低溫再高溫兩(liǎng)步退火過(guò)程，它的體積或焓不會單調“老化”，而是會先升高，之後(hòu)再降低。這(zhè)種(zhǒng)反常的焓升高引起(qǐ)的“年輕化”（rejuvenation）現象被(bèi)稱爲Kovacs記憶效應（memory effect）。記憶效應廣泛存在于金屬玻璃、高分子玻璃、氧化物玻璃、自旋玻璃、電子玻璃等各種(zhǒng)玻璃态材料中；形狀記憶合金、褶皺紙團、摩擦表面(miàn)、複雜機械系統也都(dōu)存在記憶效應。記憶效應與熱力學(xué)非平衡狀态密切相關，一旦材料或體系達到熱平衡态，初态和曆史的記憶將(jiāng)被(bèi)徹底遺忘。然而，半個世紀以來，人們對(duì)記憶效應的理解仍然局限于諸如TNM模型等唯象層面(miàn)，對(duì)記憶效應的物理起(qǐ)源仍不清楚。

　　中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所非晶合金磁電功能(néng)特性團隊宋麗建博士和許巍副研究員在霍軍濤研究員和王軍強研究員等人的指導下，近年來圍繞非晶合金的弛豫行爲開(kāi)展了深入系統的研究，發(fā)現了等溫退火并不是傳統認爲的單一動力學(xué)過(guò)程，而是存在兩(liǎng)步弛豫（Intermetallics 93, 101 (2018).），并闡明了兩(liǎng)個弛豫過(guò)程對(duì)晶化和磁性的影響規律和機制（Acta Mater. 185, 38 (2020). Phys. Rev. Mater. 2, 063601 (2018).）。

　　在此基礎上，他們與美國(guó)威斯康辛麥迪遜大學(xué)教授Ediger、燕山大學(xué)教授王利民和鄭州大學(xué)教授李福山等人合作（Phys. Rev. Lett. 125, 135501 (2020).），使用高精度閃速差示掃描量熱儀研究了雙步退火溫度和時間對(duì)非晶合金記憶效應的影響，并基于絕對(duì)速率理論計算得到了焓和激活熵在弛豫過(guò)程的演化。他們發(fā)現隻有當非晶合金焓進(jìn)入深度弛豫階段時（heavily-aged），記憶效應才會出現，這(zhè)就像是一個人年老後(hòu)會經(jīng)常回憶年輕時候的事(shì)情。他們發(fā)現激活熵在記憶效應中具有重要作用：從低溫跳向(xiàng)高溫時，隻有當高溫退火階段的激活熵比較大時，才會出現記憶效應；激活熵小，則無法探測到記憶效應。大的激活熵意味著(zhe)的材料在弛豫過(guò)程中存在更多的演化路徑，就像是一個人突然面(miàn)對(duì)太多複雜的選擇，會變得退縮。雖然這(zhè)些結果是基于非晶合金這(zhè)樣(yàng)的熱激活無序體系發(fā)現的，但由于熵的概念适用于所有的無序複雜系統，因此相關結論對(duì)理解非熱激活體系中的記憶效應也有幫助。

　　相關文章請見：Lijian Song, Wei Xu, Juntao Huo, Fushan Li, Li-Min Wang, M.D. Ediger, and Jun-Qiang Wang^*, Activation Entropy as a Key Factor Controlling the Memory Effect in Glasses, Phys. Rev. Lett. 125, 135501 (2020)（https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.135501）。

　　圖1 單步和雙步退火時，焓的弛豫規律，先低溫後(hòu)高溫退火可能(néng)誘發(fā)反常弛豫行爲——記憶效應

　　圖2 記憶效應強度随著(zhe)焓弛豫的變化規律，隻有焓進(jìn)入深度弛豫階段時才出現記憶效應

　　圖3 基于絕對(duì)速率理論計算得到的激活熵S^*與焓弛豫的關系，從低溫跳向(xiàng)高溫時，隻有高溫階段具有大S^*時，才會出現記憶效應

　　圖4 先低溫-後(hòu)高溫雙步退火老化和記憶效應與激活熵S^*的關系

　　（中科院磁性材料與器件重點實驗室 王軍強）