非晶结构物质（科学术语又称为玻璃）是构建我们这个世界的重要组成部分,相比于对应的稳态晶体,它在磁、热、力、光、电等方面都表现出许多不同的特性。根据热力学关系,非晶物质具有更高的自由能,因此它时刻处于一种非平衡状态,其性质随着时间不断改变,演化方式与所处环境和热历史密切相关。研究非晶物质的演化行为,对理解其非平衡本征特质以及材料的开发应用都有着重要的价值。然而,由于其无序结构的复杂性和宏观性质的非稳定性,研究起来往往具有一定的困难和挑战。本文针对不同的非晶材料,根据不同实验体系的研究优势,结合动力学和结构分析,在单粒子层面上研究非晶物质随时间的演化行为,探寻宏观性质与微观构型之间的联系。本论文的主要工作总结如下:基于Pd40Cu30Ni10P20金属玻璃优异的抗氧化性,研究了在玻璃转变温度（Tg）附近非晶表面的结晶行为。在Tg点附近,玻璃表面与体内的动力学行为出现脱耦现象。通过调节退火温度（Tg–20 K左右）,在无序的自由表面生长出周期性类超晶格调制纳米结构。随着温度升高,表面异质结晶转变成玻璃体系的均匀晶化,并形成传统多晶。观察截面原子排布结构,提出了类超晶格的生长机理,并在其他体系金属玻璃中得到普适性验证。通过分析各元素的扩散行为揭示了非晶表面的类液行为与晶化特征的关联,这一结果也为合成超晶格等精细纳米结构提供新的方法和思路。利用胶体粒子PNIPAM独特的温敏性,并合成对温度响应程度不同的两种粒子。从二元晶体出发,通过调节温度改变粒子的粒径差异,在胶体固态体系中实现有序到无序的转变。原位连续观察微观过程,发现相变伴随缺陷粒子的逾渗效应。由于相变机制与粒子间相互作用势等因素紧密相关,通过进一步调控粒子间相互作用力等性质,这一新颖的实验方法将为系统性研究固态的相变机制奠定基础。通过灵活调节温敏胶体玻璃PNIPAM的体积分数,并在单粒子层面上对动力学和结构进行连续追踪。实施标准的两步变温实验,在二维胶体玻璃种观察到Kovacs记忆效应的存在。为研究宏观参量非单调变化的记忆效应中热历史对弛豫行为的影响,通过计算单粒子的德拜-沃勒因子和局域结构熵,发现单调衰减的物理老化过程中尚未完全冻结的缺陷区域对升温响应最为敏感,形成局域岛状类液区,随后其他区域粒子也同样活跃起来。对单粒子做统计分析,表明所有粒子都对宏观值的回复做出了贡献。这一结果展示了物理老化和Kovacs记忆效应的连贯物理图像,以及它们之间的关联。将实验结果与现有的理论模型进行对比分析,我们的结果排除了多弛豫模式理论,支持玻璃的层级图景。类比自旋玻璃中温度循环实验,在PNIPAM胶体玻璃中进行三步变温实验。在各阶段动力学分别表现出与自旋玻璃一致的老化、年轻化和连续型记忆效应。揭示了结构型玻璃与功能型玻璃之间共同的内禀特性,证明玻璃的势能能垒图景具有复杂的层级结构。以上研究利用金属玻璃和胶体玻璃两种非晶体系,探讨玻璃体系中的两种相变和两种弛豫行为,观察它们在实空间中独特的动力学和结构演化行为,这对理解玻璃的非平衡特性有着重要的启示作用。