铁基金属玻璃凭借超高强度、优异软磁和耐磨性能，在新能源汽车、机器人、无人机等高端电力电子领域具有广泛应用前景。然而，大多数铁基金属玻璃属于边缘玻璃形成体系，其玻璃形成能力较弱，在制备过程中极易表面结晶，这严重制约了其性能的稳定性和应用范围的拓展。长期以来，学术界普遍认为非晶材料表面结晶与原子在材料表面的快速迁移（即表面扩散）密切相关，但受限于测量手段和材料体系本身的复杂性，边缘金属玻璃的表面扩散动力学及其物理机制一直是一个谜题。
近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所非晶合金磁电功能特性团队首次在边缘铁基金属玻璃中发现了由一种异常弛豫模式驱动的超快表面扩散行为，并建立了其与体相弛豫行为的直接关联，为金属玻璃表面性能调控及功能化应用提供了全新理论依据。
研究团队选取四种具有重要应用潜力的边缘铁基金属玻璃为研究对象，结合退火诱导表面划痕衰减实验与动态力学分析技术，系统探究了其表面扩散与弛豫行为。研究发现，这些铁基金属玻璃的表面扩散速率显著高于稳定金属玻璃，在玻璃化转变温度（Tg）下的表面扩散系数达到10⁻¹⁴~10⁻¹⁵ m²・s⁻¹，较钯基、金基等稳定金属玻璃快1-4个数量级，展现出独特的超快表面扩散特性。通过动态力学分析，在α弛豫与传统β弛豫之间，首次发现一种具有热激活特征的异常βₜ弛豫模式。而且实验证据表明，表面扩散的激活能与βₜ弛豫的激活能高度吻合。基于此，团队提出了βt弛豫相关的协同团簇运动主导的表面扩散机制：在边缘金属玻璃表面，动态激活位点引发相邻区域弛豫，通过类弦状路径传播，驱动集体团簇运动，从而实现超快表面扩散。这一机制通过势能景观、弛豫模式谱与扩散动力学的多维度关联得到了合理阐释。
研究成果以“Ultrafast surface diffusion driven by abnormal relaxation mode in the marginal glass-forming Fe-based metallic glasses”为题发表于Science China Physics, Mechanics & Astronomy，2025,68(12): 126111 (https://doi.org/10.1007/s11433-025-2775-1)。该论文的第一作者为宁波材料所硕博士研究生王叶蓓、高云鹤，通讯作者为宁波材料所高萌研究员、王军强研究员、霍军涛研究员、金肖博士后。该研究工作得到了国家重点研发计划（2024YFB3813700）、国家自然科学基金（52471187、52201194、52222105、92163108、52231006）、宁波市3315青年创新人才计划（2021A123G）、浙江省自然科学基金（LZY23E010002）以及宁波市自然科学基金（2023J342）的支持。
图1 边缘铁基金属玻璃的表面扩散动力学测量
图2 不同玻璃态材料在Tg温度下的表面扩散系数DS比较
图3 边缘铁基金属玻璃的弛豫行为
图4 从势能景观、弛豫模式谱和扩散动力学的综合视角，阐述了边缘铁基金属玻璃中超快表面扩散的物理机制。
（磁性材料及应用实验室 王叶蓓，高萌）