At fange atomer i aktion:se næste generations materialer krystallisere

En af de mange mulige ruter til næste generations materialer-dem, der muliggør nye fremskridt inden for datalagring, elektroniske anordninger, og lettere og stærkere strukturelle byggematerialer - er ved superafkøling af metaller til en kategori legeringer kaldet 'metallisk glas, 'uden noget regelmæssigt eller krystallinsk mønster af atomstruktur (forskere kalder det "amorft"). I modsætning til almindeligt eller vinduesglas, imidlertid, disse metalliske briller er fremragende elektriske ledere, hvilket gør dem lovende til alle slags tekniske applikationer.

Når metallisk glas opvarmes til meget lavere temperatur end dets smeltepunkt, uforudsigelige nye materiestater dukker op. Nogle af disse usædvanlige materialestrukturer indeholder små øer eller fragmenter af krystalliserede faste stoffer, dem, der kan have potentielt nyttige egenskaber.

"Udfordringen er at forstå, hvordan disse legeringer dannes, og hvordan vi kan kontrollere deres dannelse under disse betingelser; ingen eksisterende modeller kan forudsige deres eksistens på grund af de store variationer i atomisk mobilitet ved forskellige temperaturer, "sagde Lin Zhou, en forsker ved U.S. Department of Energy's Ames Laboratory. "Eksperimentelle målinger af overgangsvejen er afgørende for at etablere pålidelige modeller til at overvinde denne udfordring. Det vil være nøglen til at lave disse materialer på en kontrolleret måde, med præcis de egenskaber, vi gerne vil have. "

Eksperter i at fange detaljer på atomniveau om komplekse materialetransformationer, Zhou og andre forskere i Ames Laboratory's Division of Materials Sciences and Engineering smeltede, superkølet og derefter genopvarmet en modellegering af aluminium og samarium, og overvågede genopvarmningsprocessen i realtid med en kombination af højenergirøntgenstrålediffraktion og transmissionselektronmikroskopi.

Videoerne fangede langsomt voksende, uregelmæssigt placerede halvmåne nanokrystaller af aluminium, som opsluges i det hurtigere dannende kompleks intermetallisk fra det glasagtige metal, en proces kaldet devitrifikation. Disse unormale resultater var overraskende, men hjalp med at forklare nogle forvirrende resultater fra tidligere forsøg.

"Tidligere har vi ville drage konklusioner ved at sammenligne stillbilleder før og efter transformation med teoretiske modeller, "sagde Zhou." Med disse teknikker har vi meget mere præcise oplysninger til at forklare disse transformationer. "

Forskningen diskuteres yderligere i papiret, "En unormal metastabil eutektisk reaktion i nanoskala afsløret ved observationer på stedet, "Forfattet af Lin Zhou, Fanqiang Meng, Shihuai Zhou, Kewei Sun, TaeHoon Kim, Ryan Ott, Ralph Napolitano, og Matthew J. Kramer; og udgivet i Acta Materialia .