原标题：用激光化作柳叶刀，解密玻璃从液体变为玻璃态
江苏激光联盟导读：
据悉，尽管玻璃不论在学术还是在科技上具有重要意义，但在宏观动力学从液体变为玻璃态的那一刻，人们对粒子动力学的了解还很少。
我们对粒子级笼形结构的了解也很少。直接成像实验可以访问局部粒子动力学，但以前没有耦合到能够研究结构对局部扰动的非弹性响应的方法，因此无法以精确的方式探测局部动力学。从理论上讲，起始点具有挑战性，因为它对应于流体的快速液体动力学与玻璃态弛豫的短时间尺度相关的声子动力学相交的边界。这些考虑因素可以解释为什么以前没有介绍过对这种动态状态的研究。在这里，来自韩国基础科学研究院IBS和法国蒙彼利埃大学的研究团队使用聚焦激光束通过对单个粒子局部变形的响应进行成像来探测弛豫动力学，从而确定在粒子级上笼的复杂形成（笼的形成赋予了玻璃材料独特的光学和化学性质机械性能）。
形成玻璃的胶体系统具有与其他玻璃（例如日常生活中常见的玻璃）相同的许多特性，其中基本粒子是原子或分子。但是，胶体系统具有额外的优势，即光学成像可用于直接跟踪单个粒子的轨迹。聚焦的激光束可以在颗粒的水平上操纵胶体系统，因此可以测量局部响应。它们以前曾被用来探测胶体玻璃和晶体的弹性行为。
为了产生局部扰动，研究人员用持续时间为0.5秒的脉冲激光束(重复频率为80MHz)，聚焦到2.0微米的光斑大小，这与单个胶体粒子的大小相当。强电场梯度产生介电泳力，其大小与激光强度成正比A。这个力作用在电场梯度的方向上，从而引起被光束击中的胶体粒子的快速运动。结果，受影响的粒子与它们的邻居碰撞，产生局部运动；我们称这个过程为“激发”。
▲对于三种不同的填充分数，关闭激光脉冲后5 s的典型颗粒位移（色标）：b，? = 0.5; c，? ＝ 0.6；d，? ＝ 0.79。比例尺，10μm。
激光激发后不同时间的位移场，显示出协同晶粒的形成。
非单调长度尺度的出现是由于具有合作动力学的域的建立而引起的，这些合作动力学变得越来越僵化并开始主导粒子动力学。来自法国蒙彼利埃大学Kob说 “就像苏拉特的画一样，动态纹理的镶嵌和笼子的形成与它们的融合直接相关。”来自来自韩国基础科学研究院IBS的Bo Li说：“这里的科学之美在于，我们能够从微观上看到玻璃如何从液体中发芽。”
除了非单调的行为，还基于大量的实验数据提取了激发图案的形态和尺寸之间的比例关系。这种关系的偏离反映了在特定条件下材料的异质性程度。这种定标定律除了对物理学家具有理论重要性外，还将通过为化学家和材料科学家提供指导玻璃材料设计和合成的'尺'来引起化学家和材料科学家的兴趣。
除了启发玻璃转变的第一步，这个概念证明实验最终为对玻璃的基本理解铺平了道路。使用激光作为柳叶刀，可以精确解剖玻璃样本。
这项研究受到玻璃科学领域长期挑战的推动。缓慢而高度耦合的动力总是掩盖关键作用。Kou最初开发的飞秒全息激光系统完全可以满足局部激发的需求。从Kob获得了宝贵的理论支持，以将复杂的实验观察结果精炼成简明的物理原理。本文作者之一的Granick评论说：“我们中心的高度跨学科环境和成功的国际合作使一次不可能的头脑风暴成为现实。”
Granick和Kob得出结论：“通过阐明玻璃化转变开始的这些实验，促进了玻璃科学领域的发展，这一领域既经典又充满挑战。该研究揭示了笼形结构对玻璃材料性能的概念重要性。此处采用生物微流变方法为全面了解玻璃打开了一扇门。”
