3D-billedundersøgelse afslører, hvordan atomer er pakket i amorfe materialer

Et internationalt forskerhold ledet af forskere fra Institut for Fysik (IOP) fra det kinesiske videnskabsakademi har brugt en meget sofistikeret billeddannelsesteknik til at undersøge atomarrangementerne i amorfe materialer. Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet Nature Materials, kan have vidtrækkende konsekvenser for vores forståelse af en lang række materialer, fra glas til metalliske legeringer.

Amorfe materialer, også kendt som ikke-krystallinske materialer, er kendetegnet ved deres mangel på en regelmæssig, gentagende atomstruktur. Dette gør dem meget forskellige fra krystallinske materialer, såsom metaller og salte, som har højt ordnede atomarrangementer. Selvom amorfe materialer er overalt omkring os, fra glasset i vores vinduer til polymererne i vores plastik, forstår vi stadig ikke helt, hvordan deres atomer er pakket sammen.

Forskerne brugte en nyudviklet 3D-billeddannelsesteknik kaldet scanning transmission elektronmikroskopi (STEM) tomografi til at tage billeder af individuelle atomer i et amorft materiale. I denne teknik fokuseres en stråle af højenergielektroner på en tynd film af materialet, og de resulterende spredte elektroner bruges til at rekonstruere et 3D-billede af atomarrangementerne.

"Udfordringen med disse typer materialer er, at vi ofte ikke kender deres krystalstruktur, så vi har brug for en metode, der giver os mulighed for at bestemme 3D-fordelingen af ​​atomer i materialet," forklarer professor Hanbin Zhang, hovedforfatter af undersøgelsen . "STEM tomografi giver os mulighed for at gøre netop det."

Ved hjælp af denne teknik var forskerne i stand til at identificere to forskellige typer atomarrangementer i det amorfe materiale, de undersøgte. Den ene type arrangement var karakteriseret ved tætte klynger af atomer, mens den anden var mere åben og diffus. Forskerne mener, at disse to typer arrangementer kan være ansvarlige for materialets unikke egenskaber, såsom dets høje styrke og fleksibilitet.

Forskerne siger, at deres arbejde kan have vidtrækkende konsekvenser for vores forståelse af strukturen af ​​en lang række amorfe materialer. Dette kan føre til udvikling af nye materialer med forbedrede egenskaber til en række forskellige anvendelser, såsom glas, metallegeringer og polymerer.