材料的表面与其内部本体，无论在结构上还是在化学组成上都有明显的差别。材料的表面界面对材料整体性能具有决定性的影响。与晶体材料相比，非晶态材料（如玻璃）具有非稳态特性和无序原子结构，因此其表面特征更加复杂。理解非晶态材料的表面特性是实现对其表面性能有效调控的基础。

     近日，西安交通大学CAID材料创新设计中心张真助理教授与法国Montpellier大学Walter Kob教授合作在Physical Review Letters上发表题为“Roughness and Scaling Properties of Oxide Glass Surfaces at the Nanoscale”的研究论文。该工作利用大规模的分子动力学模拟对氧化物玻璃表面在纳米尺度的形貌和粗糙度进行了定量表征。研究发现，玻璃的断面（FS）比熔体冷却形成的自由表面（MS）要粗糙的多并且有很强的成分依赖性（图1左）。此外，研究还发现MS的形貌特征和 frozen capillary wave理论的预测基本吻合。另外，对玻璃表面高度相关函数的分析表明，FS在纳米尺度（<10 nm）并不是自仿射分形（图1右）。研究人员进一步指出了以往实验研究的缺陷，阐明了表面测量的空间分辨率在判断表面是否为分形时起决定性作用。

图1. (左) 二氧化硅和硅酸钠玻璃的表面形貌; （右）玻璃断面的高度相关函数随表面分辨率的变化

    该工作最后指出非晶态材料的表面特征复杂，尤其在微观尺度对材料类型（金属或者非金属）和产生表面的过程有很强的依赖性，难以得到表面特征的普适结论。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.066101