Een van de vele mogelijke routes naar materialen van de volgende generatie, die nieuwe ontwikkelingen op het gebied van gegevensopslag mogelijk maken, elektronische apparaten, en lichtere en sterkere structurele bouwmaterialen - is door onderkoeling van metalen tot een categorie legeringen die 'metaalglas, ' zonder regelmatig of kristallijn patroon van atomaire structuur (wetenschappers noemen het 'amorf'). In tegenstelling tot gewoon of vensterglas, echter, deze metalen glazen zijn uitstekende elektrische geleiders, waardoor ze veelbelovend zijn voor allerlei technische toepassingen.

Wanneer metallisch glas wordt verwarmd bij een veel lagere temperatuur dan het smeltpunt, onvoorspelbare nieuwe toestanden van materie duiken op. Sommige van deze ongebruikelijke materiaalstructuren bevatten kleine eilanden of fragmenten van gekristalliseerde vaste stoffen, die potentieel nuttige eigenschappen kunnen hebben.

"De uitdaging is om te begrijpen hoe deze legeringen zich vormen, en hoe we hun vorming onder deze omstandigheden kunnen beheersen; geen bestaande modellen kunnen hun bestaan ​​voorspellen vanwege de grote variaties in atomaire mobiliteit bij verschillende temperaturen, " zei Lin Zhou, een wetenschapper bij het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy. "Experimentele metingen van het transitiepad zijn van cruciaal belang om betrouwbare modellen op te stellen om deze uitdaging het hoofd te bieden. Dat zal de sleutel zijn om deze materialen op een gecontroleerde manier te maken, met precies de eigenschappen die we willen hebben."

Experts in het vastleggen van details op atomair niveau van complexe materiaaltransformaties, Zhou en andere wetenschappers van de afdeling Materials Sciences and Engineering van Ames Laboratory smolten, supergekoeld en vervolgens opgewarmd een modellegering van aluminium en samarium, en bewaakte het heropwarmingsproces in realtime met een combinatie van hoogenergetische röntgendiffractie en transmissie-elektronenmicroscopie.

De video's die langzaam groeiend zijn vastgelegd, onregelmatig geplaatste halvemaanvormige nanokristallen van aluminium, die zijn verzwolgen in het sneller vormende complexe intermetallische van het glasachtige metaal, een proces dat devitrificatie wordt genoemd. Deze abnormale resultaten waren verrassend, maar hielp bij het verklaren van enkele verwarrende resultaten van eerdere experimenten.

"Eerder, we zouden conclusies trekken door stilstaande beelden voor en na transformatie te vergelijken met theoretische modellen, " zei Zhou. "Met deze technieken hebben we veel preciezere informatie om deze transformaties te verklaren."

Het onderzoek wordt verder besproken in de paper, "Een abnormale metastabiele eutectische reactie op nanoschaal onthuld door in-situ observaties, " geschreven door Lin Zhou, Fanqiang Meng, Shihuai Zhou, Kewei Zon, TaeHoon Kim, Ryan Ott, Ralph Napolitano, en Matthew J. Kramer; en gepubliceerd in Acta Materialia .