“老化”（ageing）是非晶/玻璃等非平衡態(tài)材料在能量驅(qū)動(dòng)下的自然演化規(guī)律。高溫退火可以加速非晶老化的速度，直至降低到平衡態(tài)。在工業(yè)上，適當(dāng)老化被廣泛應(yīng)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年美國威斯康星麥迪遜大學(xué)教授Kovacs卻發(fā)現(xiàn)，非晶態(tài)材料如果經(jīng)過先低溫再高溫兩步退火過程，它的體積或焓不會單調(diào)“老化”，而是會先升高，之后再降低。這種反常的焓升高引起的“年輕化”（rejuvenation）現(xiàn)象被稱為Kovacs記憶效應(yīng)（memory effect）。記憶效應(yīng)廣泛存在于金屬玻璃、高分子玻璃、氧化物玻璃、自旋玻璃、電子玻璃等各種玻璃態(tài)材料中；形狀記憶合金、褶皺紙團(tuán)、摩擦表面、復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)也都存在記憶效應(yīng)。記憶效應(yīng)與熱力學(xué)非平衡狀態(tài)密切相關(guān)，一旦材料或體系達(dá)到熱平衡態(tài)，初態(tài)和歷史的記憶將被徹底遺忘。然而，半個(gè)世紀(jì)以來，人們對記憶效應(yīng)的理解仍然局限于諸如TNM模型等唯象層面，對記憶效應(yīng)的物理起源仍不清楚。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所非晶合金磁電功能特性團(tuán)隊(duì)宋麗建博士和許巍副研究員在霍軍濤研究員和王軍強(qiáng)研究員等人的指導(dǎo)下，近年來圍繞非晶合金的弛豫行為開展了深入系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了等溫退火并不是傳統(tǒng)認(rèn)為的單一動(dòng)力學(xué)過程，而是存在兩步弛豫（Intermetallics 93, 101 (2018).），并闡明了兩個(gè)弛豫過程對晶化和磁性的影響規(guī)律和機(jī)制（Acta Mater. 185, 38 (2020). Phys. Rev. Mater. 2, 063601 (2018).）。

在此基礎(chǔ)上，他們與美國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(shí)間對非晶合金記憶效應(yīng)的影響，并基于絕對速率理論計(jì)算得到了焓和激活熵在弛豫過程的演化。他們發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)非晶合金焓進(jìn)入深度弛豫階段時(shí)（heavily-aged），記憶效應(yīng)才會出現(xiàn)，這就像是一個(gè)人年老后會經(jīng)?；貞浤贻p時(shí)候的事情。他們發(fā)現(xiàn)激活熵在記憶效應(yīng)中具有重要作用：從低溫跳向高溫時(shí)，只有當(dāng)高溫退火階段的激活熵比較大時(shí)，才會出現(xiàn)記憶效應(yīng)；激活熵小，則無法探測到記憶效應(yīng)。大的激活熵意味著的材料在弛豫過程中存在更多的演化路徑，就像是一個(gè)人突然面對太多復(fù)雜的選擇，會變得退縮。雖然這些結(jié)果是基于非晶合金這樣的熱激活無序體系發(fā)現(xiàn)的，但由于熵的概念適用于所有的無序復(fù)雜系統(tǒng)，因此相關(guān)結(jié)論對理解非熱激活體系中的記憶效應(yīng)也有幫助。

相關(guān)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(shí)，焓的弛豫規(guī)律，先低溫后高溫退火可能誘發(fā)反常弛豫行為——記憶效應(yīng)

圖2 記憶效應(yīng)強(qiáng)度隨著焓弛豫的變化規(guī)律，只有焓進(jìn)入深度弛豫階段時(shí)才出現(xiàn)記憶效應(yīng)

圖3 基于絕對速率理論計(jì)算得到的激活熵S*與焓弛豫的關(guān)系，從低溫跳向高溫時(shí)，只有高溫階段具有大S*時(shí)，才會出現(xiàn)記憶效應(yīng)

圖4 先低溫-后高溫雙步退火老化和記憶效應(yīng)與激活熵S*的關(guān)系