Naukowcy z Huazhong University of Science and Technology oraz Science and Technology on Surface Physics and Chemistry Laboratory odkryli unikalny stan materii w szklistej substancji stałych. Ta przełomowa praca, prowadzona przez profesora Hai-Bin Yu i dr Qi Wang, pokazuje istnienie klastrów płynnych w tych materiałach, odkrycie opublikowane w czasopiśmie Next Materials.
Badanie zagłębia się w od dawna założenie w naukach materiałowych, że szkliste ciała stałe, zwłaszcza szklanki metali, zawierają wewnętrzne regiony, w których atomy wykazują zachowanie podobne do cieczy. Poprzednie dowody na te regiony były w dużej mierze pośrednie, pozostawiając ich istnienie i cechy nieco spekulacyjne. To nowe badania dostarczają bezpośrednich dowodów obliczeniowych tych klastrów, zwanych klastrami rozpraszania cieczy (LDC), które wykazują właściwości tłumienia podobne do właściwości cieczy, ale bez ruchu dyfuzyjnego zwykle związanego ze stanem ciekłym.
Profesor Yu stwierdził: „Nasze ustalenia ujawniają faktyczne istnienie zlokalizowanych klastrów rozpraszania cieczy w stanie szklistym, pokazując współczynnik tłumienia podobny do płynów i znikający moduł ścinania”. Badania podkreślają, że te LDC pojawiają się tylko w niskich temperaturach i nie obejmują ruchów dyfuzyjnych obserwowanych w typowych cieczach.
Zespół zastosował symulacje dynamiki molekularnej do analizy charakterystyki rozpraszania na poziomie atomowym. Wyniki wykazały, że te klastry podobne do cieczy są odpowiedzialne za proces relaksacji β obserwowany w szklankach metali. Relaksacja β, proces dynamiczny występujący w niskich temperaturach, był związany z ruchami podobnymi do cieczy we wcześniejszych badaniach, ale brakowało wyraźnego mechanistycznego zrozumienia. To badanie łączy tę lukę, zapewniając obliczeniową podstawę tego zjawiska.
Co ciekawe, badania wykazały, że klastry te nie są dyfuzyjne, odróżniając je od innych znanych procesów relaksacyjnych w szklistych materiałach. To niefufuzyjne zachowanie jest kluczową cechą, która wyróżnia LDCS i sugeruje nowe spojrzenie na wewnętrzną dynamikę szklistych ciał stałych.
Dr Wang wyjaśnił: „Relaksacja w niskiej temperaturze przedstawiona w naszym badaniu nie jest spowodowana skokami atomowymi i nie wykazuje zachowań dyfuzyjnych. Ten wyjątkowy stan skondensowanej materii jest rozproszony, ale niefufuzyjny. ” To rozróżnienie może mieć znaczący implikacje dla zrozumienia i manipulowania właściwościami mechanicznymi szklanek metali, szczególnie w niskich temperaturach.
Ponadto badanie sugeruje, że obecność tych klastrów może wpływać na mechaniczne zachowanie szklanek metali, takich jak ich plastyczność. Badania zapewniają wgląd w to, dlaczego w tych materiałach występują niektóre właściwości mechaniczne, takie jak kruchość w temperaturach pośrednich.
Odkrycie LDCS nie tylko potwierdza długotrwałą hipotezę w tej dziedzinie, ale także otwiera nowe możliwości badań. Zespół planuje dalej zbadać cechy strukturalne związane z tymi klastrami i zbadać ich potencjalne implikacje dla innych zjawisk w szklistych materiałach, takich jak starzenie się, krystalizacja i deformacja.
Badanie to znaczący krok naprzód w fundamentalnym zrozumieniu szklistych ciał stałych. Zapewnia solidną podstawę do koncepcji regionów podobnych do płynnych w tych materiałach, kwestionując istniejące teorie i potencjalnie prowadzące do nowych zastosowań w dziedzinie materiałów.
Referencje dziennika
Yu, Hai-Bin i Qi Wang. „Klastry podobne do cieczy w szklistej substancji stałych jako wyjątkowy stan materii: rozpraszający, ale nie-diffuzyjny”. Następne materiały 3 (2024): 100168. Doi: https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2024.100168
