过冷极限下晶体生长速度的异常行为

晶体生长速度是非平衡条件下过冷熔体凝固实验的一个热力学参数，可直接观测。我们应用静电悬浮技术研究金属间一致熔融二元合金 NiTi 和玻璃形成合金 Cu--Zr，以及 Zr 基三元合金 (Cu$_{\mathrm{x}}$Ni$_{\mathrm{1-x}}$)Zr ($x= 0.7, 0.6$) 和 Ni 基三元合金 Ni(Zr$_{\mathrm{x}}$Ti$_{\mathrm{1-x}}$) ($x= 0.5$) 的晶体生长速度 $v$ 作为过冷度 $\Delta T$ 的函数。本工作中所有被研究的体系，除共晶 $Cu_{56}Zr_{44}$ 和 $Cu_{46}Zr_{54}$ 外，均超过了过冷极限 $\Delta T_{\mathrm{hyp}}$，并且值得注意的是，每个 $v(\Delta T)$ 关系在 $\Delta T_{\mathrm{hyp}}$ 处均发生显著变化。我们对玻璃形成合金 CuZr 的结果表明，文献中所声称的扩散系数 $D(T)$ 对高过冷度下 $v(\Delta T)$ 的影响，不可能是 $v(\Delta T)$ 行为中存在极大值的唯一原因。这些观察结果可为将生长理论扩展至过冷温度 $\Delta T > \Delta T_{\mathrm{hyp}}$ 做出有价值的贡献。尽管如此，我们的发现对多个学科具有直接影响，因为我们的地球和所有生物都是非平衡系统的例子。由于我们的实验装置允许在特定过冷度下精确无接触触发，且我们的分析方法考虑了相应的凝固形貌，我们的速度数据散布比以往工作的测量小至少两个数量级。