Metaalglas is een belangrijke geavanceerde legering die veelbelovend is voor brede technische toepassingen. Het verschijnt in veel opzichten als een vaste vorm, met een prachtig metalen uiterlijk, meer dan elasticiteit, hoge sterkte en een dicht opeengepakte atomaire structuur.

Dit allesomvattende idee is nu echter ter discussie gesteld. Prof. Bai Haiyang van het Institute of Physics van de Chinese Academy of Sciences (CAS) heeft onlangs het bestaan ​​aangetoond van vloeistofachtige atomen in metalen glazen. Deze atomen erven de dynamiek van vloeibare atomen op hoge temperatuur, wat de aard van metalen glazen als deels vast en deels vloeibaar onthult.

De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Materials .

Gecondenseerde materie kan over het algemeen worden ingedeeld in vaste en vloeibare toestanden. Onder extreme omstandigheden of in specifieke systemen bestaat materie in speciale toestanden die tegelijkertijd bepaalde eigenschappen van zowel vaste stoffen als vloeistoffen vertonen. In dit geval kunnen vaste stoffen snel diffunderende, vloeistofachtige atomen bevatten die zelfs bij lage temperaturen snel kunnen bewegen.

IJs komt bijvoorbeeld onder hoge druk bij hoge temperaturen in een "superionische" toestand. In deze toestand kunnen H-atomen vrij diffunderen terwijl O-atomen in hun subroosters zijn gefixeerd. Dergelijke speciale toestanden worden ook waargenomen in de binnenkern van de aarde en in de Li-geleidende materialen van geavanceerde batterijen, die steeds meer aandacht krijgen in wetenschap en techniek.

In deze studie onthulden de onderzoekers dat vloeistofachtige atomen voorkomen in dicht opeengepakte metalen glazen. Door uitgebreide dynamische experimenten en computersimulaties te combineren, ontdekten ze dat wanneer de viscositeit van een vloeistof afwijkt van het gedrag van Arrhenius, niet alle atomen deelnemen aan coöperatieve stroming en daaropvolgende stolling. Sommige atomen kunnen zelfs vloeibaar Arrhenius-gedrag behouden, zelfs wanneer het systeem wordt afgekoeld tot een glastoestand, waardoor ze verschijnen als persistente vloeistofachtige atomen die bij vrij lage temperaturen tot snelle relaxatie leiden.

"Een glasachtige vaste stof is in wezen grotendeels vast en een klein deel vloeibaar. Zelfs bij kamertemperatuur kunnen vloeistofachtige atomen in een glasachtige vaste stof net zo gemakkelijk diffunderen als in vloeibare toestand, met een experimenteel bepaalde viscositeit van slechts 10 ⁷ Pa·s, terwijl de viscositeit van het vaste deel groter is dan 10 ¹³ Pa·s," zei prof. Bai.

Deze bevindingen geven een duidelijker microscopisch beeld van een bril. Dit nieuwe beeld kan wetenschappers helpen beter te begrijpen hoe de eigenschappen van glasmaterialen verband houden met hun dynamiek. Vloeistofachtige atomen regelen bijvoorbeeld de anelasticiteit van glazen en kunnen hun ductiliteit beïnvloeden.

Bovendien heeft de sterke relatie tussen vloeistofachtige atomen en ongeordende structuur ook implicaties voor het bestuderen van de topologische oorsprong van snelle diffusie in vaste stoffen, zoals superionische toestanden en ionengeleiders. + Verder verkennen

Binnenkern van de aarde:een mengsel van vast Fe en vloeistofachtige lichte elementen