非晶合金材料合作研究取得进展

研究动态Research Trends

长光所绝对式光栅尺

研制获重大突破

2009年，中科院长春光机所在国内率先实现满足数控机床闭环控制的单码道绝对式光栅尺关键技术突破，打破了绝对式光栅尺需求完全依赖进口的被动局面。一年多以来，该所光电研发中心科研人员继续就提升产品性能、完善生产工艺等进行攻关，目前，该光栅尺在精度、响应速度、加速度等方面均达到国外同类产品水平，尤其是完成了类推法冗余设计，使抗污染能力得到有效提高，满足实际使用的需要，具备了投产条件。

近年来，随着国民经济的快速发展，我国数控机床产量需求不断增加。在国产数控机床中，95%以上是开环控制的经济性数控机床，从量到质的提高，是机床制造业发展的迫切需要。高档数控机床是国家科技部的重大专项之一，而绝对式光栅尺是高档数控系统不可或缺的位置环控制部件。目前，应用于高档的闭环控制数控机床的绝对式光栅尺需求完全依赖进口，成为制约我国机床业发展的瓶颈。

相较目前国内数显企业普遍生产的增量式光栅尺而言，这种绝对式光栅尺的性能和单码道绝对编码原理，提升了数控系统位置环控制部件的性能，简化了数控机床操作过程，提高了工作效率和抗干扰能力。尤其是单码道绝对编码技术，能够直接在单一

码道上提供唯一的位置值，较已

有的七码道绝对编码技术更为

先进。

科学家首次在光波波

段发现逆多普勒效应

验证物理界预言隐形斗篷有望实现

隐形斗篷这一科幻技术未来

将可能成为现实，宇宙大爆炸和

中宇宙膨胀现象有可能得到颠覆

性的解读。上海理工大学光学工

程学科团队首次在负折射光子晶

体中观察到了光波波段逆多普勒

频移的物理现象，并在最新出版

的《自然-光子学》（Nature

Photonics）上刊出该研究成果。

这是世界上首次在光学领域证实

多普勒效应的逆转，将在天文

学、医学、微电子工业等方面得

到应用。

多普勒效应是指当观察者和

光波源之间存在着相对移动时，

光波的频率会发生改变的现象。

当物体光源和观察者距离不断靠

近时，光频率增高，颜色变蓝，

反之则变红。而多普勒效应逆转

则说明当光源和观察者距离不断

靠近时，光频率不增高反而降

低，光频率从蓝色波长减小至红

色波长。

这一效应最早由前苏联物理

学家在1968年作出理论预言，

但一直未得到实验证实。上海理

工大学上海市现代光学重点实验

室在庄松林院士领导参与下，由

陈家璧教授率领的科研组成功逆

转了这种在自然条件下无法发生

的效应。

研究人员通过用硅研制出一

种人造纳米结构的晶体——

—被称

为“光子晶体”的物质来实现负

折射率。通过向这个独特的光子

晶体“超级棱镜”发射激光束，

并且改变“超级棱镜”与探测器

间的距离，成功创造了多普勒效

应逆转现象。同时，该实验最终

得到的光子晶体折射棱镜，其微

米量级刻蚀深宽比达到了25∶1，

这意味着将1亿根直径为头发丝

的1/35，长度50μm的硅介质圆

柱整齐排列，刻划在硅片上。

逆多普勒效应将推动如隐形

斗篷等科幻技术未来的发展，其

成为现实的速度可能会超过大部

分人的想象。

非晶合金材料合作

研究取得进展

非晶合金材料具有优异的力

学、物理和化学性能，以及良好

的应用前景。因此，非晶合金的

形成、结构和性能的研究受到广

泛的关注和重视。其中，非晶合

金的形成机理和塑性变形机理是

非晶态物理和材料领域的两个核

心科学问题。非晶合金的形成机

理对合金体系非晶形成能力的研

究，对探索新型非晶合金材料，

May2011

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Research Trends

研究动态以及认识固液转变的物理本质至关重要。而非晶合金中的塑性变形机理则对认识玻璃的本质、无

序体系对外加应力的耗散机制、探索有实际应用价值的塑性非晶合金具有重要意义。这两个核心科学问题都与非晶合金原子结构密切相关。要深入理解和认识这

两个关键问题，必须研究其微结构起源。但是，由于非晶合金原子结构长程无序,没有平移对称性，使得这两个关键问题和原子结构关系研究一直难有重大进展。

最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）汪卫华研究组彭海龙等和中国人民大学李茂枝教授合作，

采用分子动力学模拟的方法系统研究了非晶形成能力以及非晶塑性机制和微观原子结构的关系。和实验上的各种非晶研究方法相比，分子动力学模拟方法能够更好地表征出原子在玻璃转变或者受力形变过程中的结构变化。他们采用简单的CuZr 二元非晶合金作为模型研究体系。通过改变组元Cu 和Zr 的成分百分比来调制该体系的非晶形成能力，采用不同种类的多面体团簇密堆模型来描述非晶合金的原子结构。通过对比不同成分和非晶形成能力

May 2011

图1CuZr 二元非晶中的一个团簇。

这种典型的团簇是由12个原子环绕在中心的铜原子形成的，它是一种扭曲的二十面体结构，这种团簇和非晶形成能力密切相关。

0.25

0.210.160.120.070.03(a)

(b)

图2

塑性形变在非晶态中的局域化特征。

（a ）在时间间隔为10ps

时观察到的塑性形变分布；（b ）在观察间隔为40ps 时塑性形变开始向周围扩展。

1

2345

0.4700.465

0.4750.4800.485D 2=0.15c D 2

=0.20c D 2=0.25

c A v e r a g e

d

e g r e e o

f L F F S d 5

Strain (×0.125%)0.5

1.0 1.5

0.46

0.480.50A v e r a g e d e g r e e o f L F F S

D 2

t =10ps

(b)

图3（a ）随着应变的增加，发生塑性

形变区域的五次对称强度在逐步增加，这表明塑性形变是从五次对称强度低的区域逐渐向五次对称强度高的区域扩展的；（b ）随着

塑性形变量的增加（D 2），局域五次对称强度迅速衰减直到一个稳定的值，这个稳定的值是此时引发塑性形变的五次对称强度的临界值。

(a)

(b)

图4

体系在z =0平面的切面图，其中红色的区域表示发生塑性形变的区域，黑色的小球代表局部五次对称强度＞0.5的原子，黑色原子链对红色区域的阻挡表明五次对称强度高的区域对塑性形变有着抑制和阻碍的作用。（a ）形变为5%的时刻；（b ）形变为10%的时刻。

(a)

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