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进展 _ 金属玻璃中类液原子的发现及机理研究

根据原子运动状态的不同,物质通常可以分为固、液、气三种状态,三态之间有着明显的区别,比如液态的水和固态的冰,固液两相即使充分混合仍然会存在清晰的边界。然而,最新的一些研究却挑战我们对物态的基本认识,在极端条件或特殊体系中,单相的物质可以处于既是固态也是液态的奇异状态,即固体中存在部分可以像液体一样扩散的原子。比如冰在高温高压下(如天王星、海王星等冰巨行星的内部)就会处于一种奇异的超离子态,氧原子固定在平衡位置附近振动,氢原子则可以像在液体中一样自由扩散。地球核心也可能处于超离子态,铁原子组成了固体的地核,碳氢氧等轻元素则可以在其中快速流动。我们追求的更加安全高效的全固态锂电池,核心问题之一也是使锂离子在固体中能够像在液体电解质中一样快速穿梭。因此,这种固体中包含液体的现象正吸引着不同领域的科学家们越来越多的注意。

玻璃是一种特殊的固体材料,具有超强、超硬、堆积致密等典型的固体特性,同时又具有像液体一样无序的原子结构,是一个典型的复杂体系。虽然玻璃材料在生活中随处可见,且人类使用玻璃已有上千年的历史,科学家们仍然无法给出清晰玻璃微观结构和动力学图像。尽管玻璃具有和液体类似的微观结构,但人们一般认为其内部原子都已经失去了像液体一样大范围运动的能力,玻璃也通常被称为冻结的液体。

最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室的白海洋研究员,联合中国人民大学李茂枝教授,指导物理所博士生常超、赵睿和博士后张华平等人结合动态力学实验、纳米压痕测试和分子动力学模拟等多种动力学研究手段,发现金属玻璃等紧密堆积的玻璃固体中存在继承了高温液体动力学行为的类液原子。这些类液体原子并没有被冻结,他们在室温下仍然可以快速地扩散,有效粘度只有10帕秒,比金属玻璃在的粘度低了至少6个数量级。这一发现突破了玻璃的传统微观图像,揭示出金属玻璃部分固体,部分液体的本质。

实验上直接观测原子的运动是一件非常困难的事情,该研究中实验人员使用动力学激发的方式去研究玻璃内部的原子运动。当外加扰动的频率与内部原子运动的频率相当时,原子运动会与外场发生共振吸收,从而在实验中能测量到特征的损耗峰。研究者重点关注了金属玻璃在低温下出现的损耗峰,即快弛豫峰(图1)。这一动力学模式比以往观察到的玻璃内对应原子大范围运动的α弛豫以及对应局域运动的β弛豫都要更快,即金属玻璃中存在着超出传统认识的运动更快的原子。对大量不同体系动力学激活能的测量表明,快弛豫的激活能和高温液体动力学的激活能保持一致(图2)。对比不同弛豫过程的弛豫时间还发现,高温液体的动力学和玻璃固体中的快弛豫满足相同的Arrhenius关系(图3),意味着在液体冷却过程中,高温液体的动力学模式并没有被完全冻结,一些原子可以延续高温液体的Arrhenius关系至玻璃固体中,导致了玻璃固体室温下的超快滞弹性和低温下的快动力学耗散峰。进一步,研究者使用分子动力学模拟详细表征了La-Al体系中类液原子的运动特征和继承过程。研究发现,在室温下部分具有局部无序拓扑环境的Al原子就会发生类似熔化的长程扩散行为,并且呈现出链状运动的特征(图4)。这种链状运动在高温液体中已经产生(图5),并且会随温度降低越来越显著,直至在玻璃固体中表现为低温下的快动力学模式,意味着类液原子的继承本质上是对链状运动模式的继承。

对于金属玻璃中类液原子的研究,加深了我们对于玻璃本质的认识,即玻璃态其实是一种部分是固态,部分是液态的奇异状态。这种新的物理图像不仅澄清了玻璃在低温下快弛豫模式的起源,也将有助于构建玻璃的动力学-性质关系。例如,这些类液原子会导致金属玻璃室温下明显的滞弹性行为,并很可能和金属玻璃的塑性变形密切相关。此外,金属玻璃中类液原子和结构无序的关联也将对研究其他固体物质中的超快扩散带来启发,如超离子态的结构起源以及固体电解质的离子迁移等。

相关研究成果以“Liquid-like atoms in dense-packed solid glasses”为题名,于2022年8月15日在线发表在Nature Materials上,白海洋研究员为通讯作者,常超、赵睿和张华平为共同第一作者。详细内容参见链接https://www.nature.com/articles/s41563-022-01327-w。

该研究得到了国家自然科学基金(52192600,61888102,11790291,52031016,51631003)、广东省自然科学基金(2019B030302010)、中国科学院战略性先导科技专项(XDB30000000)、国家重点研发项目(2018YFA0703603)以及博士后基金(2020TQ0346,2021M693372)的支持。

图1:动态力学谱检测到快弛豫过程

图2:快弛豫和高温液体的激活能的关联

图3:YCo金属玻璃的弛豫地图

图4:300 K下AlLa金属玻璃中类液原子的识别和表征

图5:AlLa系统中链状扩散的继承过程

编辑:黄水机

英特尔良心之作?第9代Intel Core i5 9600K首发评测

 

本文作者:瞎折腾DIY

题外话:本篇也是无心插柳,本发表装机内容,正赶上intel 第9代Core处理器解禁,所以趁热度先做简单的评测,避免篇幅过长分两篇发表,这次最有看点还是i9 9900K和i7 9700K,目前全网所发布的文章中少有i5 9600K评测,所有废话不多说我们进入正题

前言:

10月18日科技圈第一牙膏厂Intel正式发布了第9代Intel Core处理器,英特尔和往常一样只首发了三款型号,只不过这次砍掉了i3,首发了i5 9600K、i7 9700K、i9 9900K这三款不锁倍频K系列型号,这也是i9首次下放到酷睿系列,其他非K系列要等到明年1月,还是和往年一样完整产品线要隔年发布

第9代Intel Core

图片来源anandtech

核心数量增加,这次新发布的第9代Intel Core处理器最大的改变就是核心数量以应对AMD锐龙+的竞争,再就是频率的提升,顶级的i9 9900K采用8C16T,默频3.6GHz,单核睿频直接高达5.0GHz,而i7 9700K这次增加了物理核心数砍掉了超线程8C8T规格,就只有i5 9600K只是频率的提供,其他没变。

价格更贵,第9代Intel Core处理器依然是Coffee Lake-S架构,采用14nm++制程工艺,加量但是更贵,i9 9900K售价488美元,i7 9700K 374美元,只有频率提升的i5 9600K小幅提价到262美元,所以9代更像是填补8代酷睿的产品线空档来对垒AMD锐龙多核处理器

散热介质的改变,另外就是这次发布了这三款处理器都采用STIM软钎焊作为核心导热材质,自从酷睿3代开始intel一直采用硅脂作为CPU核心的导热材质,时隔多年这次钎焊回归对于超频玩家来说是个利好的事情,可能intel明白多核高频对于处理器散热压力是有多大

PCB更厚,英特尔从6代酷睿Skylake后一直采用很薄PCB,这次第9代Intel Core处理器的PCB也已经恢复到以前4代Haswell的厚度

内存容量增加,第9代Intel Core处理器内存控制器支持DDR4 16Gb die密度DIMM,以往酷睿平台最高只支持64Gb的内存,这次的第九代平台英特尔表明将支持128Gb内存,内存品牌也将跟进推出单条32Gb内存,这一重要讯息特别对于一些生产力工作者和专业需求的用户来说内存容量翻倍是值得高兴的,也是这次带来的高端需求的下放,对以往有多核需求的用户,可以用更低成本来购买生产力工具。

Intel Z390芯片组

图片来源anandtech

真正300系列芯片组,第9代Intel Core处理器随之带来的就是Z390芯片组主板,相较于Z370芯片组22nm制程,这次Z390制程升级到14nm,ME升级到12,PCIE3.0通道数量未变依然24条,其他方面和B360芯片组一样提供了原生的USB3.1 Gen2接口,PCH直接内建CNVi无线网卡和支持SDXC SDA 3.0内存卡功能,所以Z390才是真正300系芯片组旗舰,但Z370依然会支持9代平台

增强供电,这次多核处理器的到来随之而来的就是供电要求更高,这次大部分Z390平台都增强了VRM供电相数,开始使用8+4pin供电接口,而且今年6月份Intel就以后多核趋势发布的ATX12V 2.52规范,规范中规定将TDP 95W的CPU持续电流提高到22A,峰值电流提高到29A,意味着对电源主板供电需求更高,建议使用冗余更大的电源来带9代平台

i5 9600K vs i5 8600K

这次我拿到的是一颗ES版的i5 9600K,对比右边i5 8600K可以看出外观有明显变化,下方一凹一凸

可以看到后面电容排列还是有区别的

前面说到,从英特尔从6代酷睿Skylake后一直采用很薄PCB,这次第9代Intel Core处理器的PCB也已经恢复到以前4代Haswell的厚度

主板:华擎Z390M-ITX/AC

这次测试的主板为华擎的Z390M-ITX/AC,是这次华擎数十款Z390系列其中两块ITX主板之一,除此之外华擎还有块旗舰ITX型号Z390Phantom Gaming-ITX/ac,Phantom系列是华擎新发布的GAMING游戏系列,算是和华擎显卡命名统一打造完整的电竞产品线,而这次测试用的Z390M-ITX/AC这一系列是华擎的入门型号,主打性价比,相对来说实用性更高,适合生产力工作者,包括双路网络、双频wifi、三屏显示输出等功能

华擎Z390M-ITX/AC比较华擎Z270M-ITX/AC用料布局方面差距不大,其他就散热片更有设计感,PCIE有金属加固设计,整体卖相要比Z370M-ITX/AC要好很多

I/O部分,2 x USB2.0接口、1 x PS/2键鼠接口, 1 x DP视频输出、 2 x HDMI视频输出、5×USB 3.1 Gen2 Type-A接口、1 x USB 3.1 Gen2 Type-C,2 x RJ-45 网卡接口、2 x 无线网卡天线接口、3 x 音频接口

供电方面华擎Z390M-ITX/AC采用6相供电,正常ITX主板不会使用倍相

PWM供电方案为uP9521P,是这次Z390主板出现频率最高的方案

PCIE接口方面,M.2设计在主板正面,PCIE×4 32 Gb/s速率,支持M Key 2230/2242/2260/2280规格SSD,显卡PCIEX16接口这次有金属加固设计

跳线和各种接口集中在主板右侧相对方便走线,其他方面,6个SATA3.0均为原生,2个DIMM内存插槽,这次9代酷睿将支持单条32Gb内存,对于ITX主板也能最大能支持到64Gb内存,对于有携带电脑需求的生产力工作者,特别是设计师来说可以打造更强更便携的迷你ITX设计师电脑去面对客户了

CPU FAN和SYS FAN风扇接口在主板右上角,方便走线

另外在主板右侧前置USB3.0跳线旁边还有一个4pin风扇接口,比较起其他品牌ITX只有两个风扇接口,华擎Z390M-ITX/AC有3个风扇接口更能满足多风扇系统用户需求

板载声卡Realrek ALC 892

Intel I211-AT千兆LAN芯片

Intel I219-V 千兆LAN芯片

无线网卡为AC3168双频千兆

主板背面mos也有散热片加持

内存:金士顿(Kingston)骇客神条 Predator DDR4 2933 16G(8Gx2)

这次测试内存使用的是金士顿的Predator DDR4 2933 16G(8Gx2),但设置2666Mhz测试,作为金士顿电竞子品牌HyperX首款RGB内存,Predator RGB系列从2017年CES就有展出,但直到今年5月才登陆市场,想必这一年多的时间一件在完善灯光和软件同步问题

内存外观依然还是Predator老样子,只是增加了RGB灯光效果,支持各品牌RGB软件联动,但这次使用的主板是华擎Z390M-ITX/AC,理应不支持RGB功能,但惊奇的发现华擎的主板是支持华硕AURA,成功在华擎Z390M-ITX/AC主板打开华硕AURA调节内存的RGB灯效,但其他品牌软件是不支持的,甚至华擎自家RGB软件是不支持,真是自古华擎出妖板

Predator DDR4 2933 16G(8Gx2)采用的是单面Hynix颗粒,XMP2933MHz,时序CL15-17-17-39,电压1.35V,另外Predator RGB也有三星bdie颗粒,价格比较其他bdie RGB内存要友好很多

Predator RGB发光部分属于比较细长的,顶部均光板印有HyperX logo

某论坛标准内存展示姿势

Predator RGB均光板结构整体比较牢固,做工也比较精细,没有芝奇幻光戟那种松动感觉

内存金士顿上面可发现几颗红外二极管,这是金士顿一项很厉害的专利技术,就是利用红外线进行灯光的同步,能够保证所有内存灯光颜色统一,不延迟,穿透强,就算X299平台内存插槽有一定距离也能够保持所有内存灯光同步

硬盘:金士顿A1000 480GB

测试盘为金士顿A1000,这是金士顿第二款NVME M.2硬盘,也是首款3D NAND TLC硬盘,A系列一直是金士顿入门系列,主打性价比,是大容量SSD用户入门选择之一,我拿到这颗硬盘发现金士顿产品包装风格从之前的黑红换位红白配色,感觉更加清新时尚

A1000采用PHISON PS5008-E8主控,支持PCIE X2速率,硬盘容量由4颗东芝 64层 3D NAND TLC闪存和512MB DARM缓存组成,标准入门方案

因为PCIEx2速率,A1000提供m key和b key两种接口,兼顾了只支持AHCI老平台用户

显卡:微星RTX 2080 Ti VENTUS 11G OC

显卡使用的是微星RTX 2080 Ti VENTUS 11G OC,这次英伟达发布的图灵显卡直接采用RTX命名,采用Turing架构,基于全新12nm FFN制程的TU102核心,内建4352个CUDA Cores,这次图灵架构重大变化就是首次加入 Tensor Core及RT Core 运算单元,带来革命性AI运算及光线追踪,这些高端专业技术下沉到消费领域,势必会将PC游戏画质带进另一个层次

微星RTX 2080 Ti VENTUS 11G OC这款显卡是微星发布三款RTX2080TI唯一采用双风扇设计的系列,我选择他原因正是因为这次是搭配高性能的ITX小钢炮,双风扇显卡对ITX机箱兼容性好些

VENTUS万图斯采用简约无灯设计,所以没有任何信仰灯RGB,算是为不喜欢光污染的用户考虑到了

区别于公版扁平煤气灶设计,万图斯多面棱角搭配表面白银配色,外观简约但单调,但这块显卡未拿到手总以为和公版一样外壳是金属材质,但实物塑料感要重些,少些公版那种质感

可惜背板并没有采用银色配色,感觉太过单一,没有正面那种出挑的设计,比较显卡装进机箱大部分只看到侧面和背面

采用8+8pin供电,这次RTX显卡功耗明显要比之前要高,而且还增加了一个35W的Type-C接口

NVLink桥接接口,支持二代NVLink

I/O部分和公版一致,3个DP1.4a,1个HDMI 2.0b ,1个Type-C接口

散热:冰神Ⅱ P280 RGB

为了压制超频U,我用压箱底的酷冷至尊冰神Ⅱ P280 RGB和MG Maker高导热系数硅脂

如果有超频5G的需求强劲的散热是必须的,酷冷至尊这次推出的280规格的冰神Ⅱ P280 RGB,算是满足超频和RGB灯光需求的玩家

圆形亚克力透明橱窗冷头,通电冷头发光,冰神Ⅱ P280 RGB可支持华硕AURA、微星Mystic light、技嘉RGB FUSION、华擎RGB等主流主板品牌的同步控制软件

冰神Ⅱ P280 RGB配备的风扇为MasterFan Pro 140版本,Pro算是冷排风扇,一样带RGB,支持联动

对于不支持RGB或者不带软件功能的主板,酷冷提供了手工控制器,提供多种颜色和灯效的切换

电源:海韵旗舰白金750 PRIME ULTRA

这次测试用的电源为海韵旗舰白金750 PRIME ULTRA,这次9代处理器和图灵RTX 2080TI功耗都有明显的增长,而且intel也提高了CPU的峰值电流标准,单卡旗舰平台对电源的需求又提高了一个层次,所以为了要有足够的冗余保证平台稳定,建议用户使用750W电源来搭配单卡旗舰平台

单路12V输出设计,12V输出最高为62A=744W满足这次i5 5600K+RTX2080TI功耗需求,5V、3.3V输出都是20A,两路联合输出最高为100W,+5V待机输出3A=15W

支持海韵的Hybrid Mode模式,在50%负载下风扇自动停转,考虑到有静音需求的用户

全模组设计,海韵所有全模组电源模组线是通用的,旗舰白金750 提供5个CPU/PCI-E供电接口,这次Z390大部分是8+4pin,就要占用两个接口,单张显卡起码也要占用两个,所以这个瓦数级别的电源基本和双卡绝缘

性能测试:

所有测试都是裸机情况下进行

内存频率设置为双通道2666MHz进行性能测试

CPU-Z

CPU-Z参数对比,除了频率差异,核心、缓存、制程工艺都没有任何改变,依然6C6T没有超线程,9MB三缓,14nm工艺,包括核心架构i5 9600K依然还是Coffee Lake,核显还是GT2,频率方面i5 9600K默频3.7GHz 睿频4.6GHz,i5 8600K是3.6GHz/4.3GHz,9600K就相当于超频版的8600K

睿频机制

睿频机制方面,i5 9600K 单核4.6GHz 双核4.5GHz 三核4.5GHz 四核4.4GHz 五核4.4GHz 六核4.3GHz,i5 8600K 单核4.3GHz 双核4.2GHz 三核4.2GHz 四核4.2GHz 五核4.1GHz 六核4.1GHz,可以发现i5 9600K的频率机制要比i5 8600K更激进些,平均每核心都要笔i5 8600K高0.3GHz,i5 9600K在全核状态下可保持在4.3GHz,i5 8600K单核睿频情况下才能达到4.3GHz,另外我这颗ES版本i5 9600K显示过热保护温度为115℃,而正式版i8 8600K则是100℃,不知是不是ES版本原因,后面会找颗正式版验证下

缓存测试

缓存测试方面,i5 9600K缓存默频为4.2Ghz,i5 8600为3.9GHz,所有不管L1 L2 L3缓存都要比9600K快些

CPU-Z Bench

CPU-Z Bench是CPU-Z里自带的基准测试,i5 9600K 单核520分 多核2974分,i5 8600K 单核490分 多核2816分,单核情况下9600K领先8600K 6%,多核领先10%

国际象棋单核性能

国际象棋考验的是CPU运算能力,这里先测试单核性能,i5 9600K每秒千步3603,i5 8600K每秒千步3300,9600K单核性能领先8600K将近10%

CINEBENCH R15

CINEBENCH R15测试的是CPU的渲染性能,i5 9600K得分1074cb,i5 8600K得分1030cb,要领先9.5%

V-ray

再来看下V-ray渲染器成绩,i5 9600K用时1分57秒,i5 8600K用时2分01秒,同比快了4秒

winrar测试

winrar是我们常用解压软件,利用winra基准测试处理一个1028MB文件,i5 9600K用时1分46秒,i5 8600K用时1分51秒

7-zip测试

7-zip也是一款比较常见的解压软件,基准测试下i5 9600K评分38485MIPS,i5 8600K评分34673MIPS,9600K领先将近11%

X264 FHD BENCHMARK

X264解码测试,i5 9600K得分38FPS,i5 8600K得分36FPS,差距不差

HWBOT X265 Benchmark(1080P)

X265解码测试,1080P测试下i5 9600K 40.291FPS,i5 8600K 36.923FPS,9600K约9%的领先

HWBOT X265 Benchmark(4K)

X265解码测试,4K测试下i5 9600K 9.566FPS,i5 8600K 8.881FPS,4K解码差距不大

GPGPU

AIDA64Z自带的GPGPU主要测试的是单精度和双精度以及加密运算的性能测试,上图对比供参考

同频对比:

将i5 8600K超至全核4.3GHz,达到与i5 9600K全核频率持平下进行对比测试

CINEBENCH R15同频对比

CINEBENCH R15同频测试下,i5 9600K得分1074cb,i5 8600K得分1076cb,得分难免误差,两颗处理器属于同一架构同频性能一致

国际象棋同频对比

再来看下国际象棋多核性能测试,i5 9600K每秒千步19563,i5 8600K每秒千步19516,同频下也只是细微跑分误差,属于同一水平

温度测试:

对比9600K挤牙膏式的频率提供,温度应该是大家最值得期待的测试了,前面提到这次发布三款处理器包括本次评测的i5 9600K都采用STIM软钎焊作为核心导热材质,为了方便做对比,我一样是把i5 8600K超至全核4.3GHz保持和i5 9600K同频下测试

FPU烤机测试

常规的CPU烤机软件有P95和AIDA64咯的系统稳定性测试,AIDA64现在已经支持AVX和AVX512指令集浮点运算,理论压力功耗要更高,这里我们单点FPU对CPU进行压力最大满载浮点运算测试,测试时间约30分钟

i5 9600K 30分钟烤机测试最后CPU温度稳定在56℃,i5 8600K最后稳定在62℃,因为我使用散热规模较大的酷冷至尊冰神Ⅱ P280 RGB来压制这两颗CPU,所以两颗CPU在全核4.3GHz温度都没有很高,但钎焊和硅脂的对比还是比较明显的,i5 9600K每个核心温度都要比i5 8600K要低4-6℃,没超频的情况下差距确实不是太大,但CPU温度更取决于电压。

英特尔(Intel)i5-9600K 酷睿六核 盒装CPU处理器2699元

测试就到这里,这次我没有做超频测试以及游戏方面的对比,主要原因主板bios问题,不管上多少电压都不能稳定5G进系统,折腾一天一夜固放弃,这问题等待华擎去解决,但华擎Z390M-ITX/AC这块主板定位就是给你默频使用的,并没有做超频方面的优化,所以适合佛系用户,比如像我这次其实就是装一台mini ITX主机,而华擎主板超频还是要看太极系列以及OCF,但这次Z390华擎是没有OCF系列

总结:

做个简单总结,对比评测发现,因为这次第九代处理器的架构、IPC、工艺、规格都没有发生实质性改变,这次i5 9600k其实就是i5 8600K的超频版,因为频率平均提升0.3GHz,性能整体提升10%左右,唯一良心应该这次更换为钎焊导热了,对比下价格方面i5 9600K是262美刀,i5 8600K 258美刀,4美元的差价换取平均0.3GHz的频率提升和钎焊导热我觉得还是非常值的,在现在CPU大幅涨价的情况下,这次发布的三款CPU中唯一加量的i7 9700K和i9 9900K国行都直奔3500和5000的价格去了,i5 9600K应该会成为下个最受游戏发烧友欢迎的CPU,毕竟关闭超线程提供游戏性能,当然啦,其他两款也是非常值得买的,前面提到这次9代CPU都开始支持128G的内存,加上这次处理器核心数量的增加以及频率的大幅提升,完全和可以应付一些建模渲染的应用,所以我觉得这次9代平台真正意义是让有专业需求的生产力工作者可以更低的成本购买生产力工具,同时还能兼顾打游戏等其他娱乐项目,这里不得不感谢AMD,消费级多核时代的开创造和缔造者,带领大家走向万金油PC时代

下篇预告

作为ITX发烧友,这次装的ITX是我特别满意的一台,这是一台塞进i5 9600K+RTX2080TI的机器,外观、体积、性能、温度、噪音都非常均衡的一台ITX机箱,请期待

本文完

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