Forskere identificerer væskelignende atomer i tætpakkede solide glas

Metallisk glas er en vigtig avanceret legering, der lover brede tekniske anvendelser. Det fremstår som en solid form i mange aspekter, med smukt metaludseende, overordentlig elasticitet, høj styrke og en tætpakket atomstruktur.

Men denne helfaste forestilling er nu blevet udfordret. Prof. Bai Haiyang fra Institut for Fysik ved Det Kinesiske Videnskabsakademi (CAS) har for nylig vist eksistensen af ​​væskelignende atomer i metalliske glas. Disse atomer arver dynamikken fra flydende højtemperaturatomer, hvilket afslører karakteren af ​​metalliske glas som delvist fast og delvist flydende.

Resultaterne blev offentliggjort i Nature Materials .

Kondenseret stof kan generelt klassificeres i fast og flydende tilstand. Under ekstreme forhold eller i specifikke systemer eksisterer stof i særlige tilstande, der samtidigt udviser nogle egenskaber af både faste stoffer og væsker. I dette tilfælde kan faste stoffer indeholde hurtigt diffuserende, væskelignende atomer, der kan bevæge sig hurtigt selv ved lave temperaturer.

For eksempel går isen i en "superionisk" tilstand under højt tryk ved høje temperaturer. I denne tilstand kan H-atomer diffundere frit, mens O-atomer er fikseret i deres undergitter. Sådanne specielle tilstande observeres også i Jordens indre kerne og i de Li-ledende materialer i avancerede batterier, som tiltrækker sig stigende opmærksomhed inden for videnskab og teknik.

I denne undersøgelse afslørede forskerne, at væskelignende atomer findes i tætpakkede metalliske glas. Ved at kombinere omfattende dynamiske eksperimenter og computersimuleringer fandt de ud af, at når en væskes viskositet afviger fra Arrhenius-adfærd, deltager ikke alle atomer i kooperativ strømning og efterfølgende størkning. Faktisk kan nogle atomer opretholde flydende Arrhenius-adfærd, selv når systemet er kølet ned til en glastilstand, og dermed fremstå som vedvarende væskelignende atomer, der fører til hurtig afslapning ved ret lave temperaturer.

"Et glasagtigt fast stof er i det væsentlige for det meste fast og en lille del flydende. Selv ved stuetemperatur kan væskelignende atomer i et glasagtigt fast stof diffundere lige så let som i dets flydende tilstand med en eksperimentelt bestemt viskositet så lav som 10 ⁷ Pa·s, mens viskositeten af ​​den faste del er større end 10 ¹³ Pa·s," sagde prof. Bai.

Disse fund giver et klarere mikroskopisk billede af briller. Dette nye billede kan hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå, hvordan egenskaberne af glasmaterialer er relateret til deres dynamik. For eksempel kontrollerer væskelignende atomer anelasticiteten af ​​glas og kan påvirke deres duktilitet.

Desuden har det stærke forhold mellem væskelignende atomer og uordnet struktur også implikationer for at studere den topologiske oprindelse af hurtig diffusion i faste stoffer, såsom superioniske forhold og ionledere. + Udforsk yderligere

Jordens indre kerne:En blanding af fast Fe og væskelignende lette elementer