Materialen met een ongeordende structuur zonder regelmatig herhalend patroon worden beschreven als amorf. Dergelijke materialen zijn te vinden in de natuur en hebben ook een verscheidenheid aan toepassingen in de technologie. Echter, de ongeordende aard van deze materialen maakt ze moeilijker te karakteriseren dan kristallijne structuren.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Instituut voor Industriële Wetenschappen van de Universiteit van Tokyo hebben aangetoond dat de structuur van een bepaalde klasse van vloeistoffen en amorfe materialen, bekend als tetraëdrische glasvormers, kan worden begrepen uit experimentele metingen. Hun bevindingen werden gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Wanneer een kristallijn materiaal röntgenstralen of neutronen verstrooit, het produceert een goed gedefinieerd patroon als gevolg van zijn structuur. In tegenstelling tot, de patronen van vloeistoffen en amorfe materialen vertonen brede pieken die niet dezelfde mate van informatie geven. Echter, vloeistoffen en amorfe materialen die de neiging hebben een netwerk te vormen, zoals silica en silicium, waarvan bekend is dat ze een kenmerk vertonen dat de eerste scherpe diffractiepiek (FSDP) wordt genoemd.

Er zijn veel theorieën gepresenteerd die de eigenschappen van de FSDP koppelen aan de structuur van het gerelateerde materiaal; echter, er is nog steeds geen aanvaarde consensus over wat aanleiding geeft tot deze kenmerken. Nu hebben onderzoekers aangetoond dat de FSDP het resultaat is van de tetraëdrische aard van de lokale ordening van atomen in de vloeistof.

"De covalente aard van de binding in de vloeistoffen die we hebben bestudeerd, resulteert in een zekere mate van organisatie op lokaal niveau, hoewel de bestelling zich niet over een groot bereik uitstrekt, " studie corresponderende auteur Hajime Tanaka legt uit. "We hebben ons gericht op de tetraëdrische eenheidsstructuur die zich in de materialen vormt, en als resultaat hebben we een model ontwikkeld dat een reeks experimentele bevindingen kan ondersteunen."

De onderzoekers testten hun tetraëdermodel met behulp van gesimuleerde en experimentele gegevens voor tal van oxide-, halide, chalcogenide, en monoatomaire materialen in vloeibare of amorfe toestand. De bevindingen waren in staat om de oorsprong van de FSDP te verklaren, evenals andere hogere golfgetalpieken en kenmerken.

"We hebben direct bewijs getoond van een tweestatenstructuur waarin orde en wanorde naast elkaar bestaan ​​in hetzelfde netwerk dat vloeistof vormt, " Eerste auteur Rui Shi legt uit. "We hopen dat onze bevindingen zullen leiden tot een beter begrip van de eigenschappen van tetraëdrische vloeistoffen en glazen, en bijgevolg een impact hebben op gebieden zoals aardwetenschappen en halfgeleidermaterialen."

Het directe verband tussen gegevens die kunnen worden verkregen met behulp van standaardtechnieken en kwantitatieve structurele informatie over de mate en het bereik van lokale orde toont de praktische betekenis en het potentieel van het gepresenteerde model.