В стеклообразном состоянии вещества впервые найдены упорядоченные структуры

Исследователи из Национальной лаборатории в Эймсе (шт. Айова, США) под руководством Мэттью Крамера показали существование структурной упорядоченности в металлических стёклах разного состава. Это открытие может привести к созданию новых металлических сплавов с заранее запрограммированными свойствами.

Tm — температура плавления, Tg — температура перехода в стеклообразное состояние (здесь и ниже иллюстрации M. J. Kramer et al.).

Современный взгляд на стеклообразное состояние заключается в следующем: это твёрдое аморфное метастабильное состояние вещества, в котором нет выраженной кристаллической решётки. Похоже, что в отношении аморфности определение придётся поправить.

Использованные авторами работы данные по структуре стёкол были получены при помощи рентгеновского обследования стёкол на разных стадиях их охлаждения, а также математического моделирования происходящих при этом процессов. Выводы исследователей таковы: те «лейтмотивные» структуры, которые наблюдаются в металлах, пока у них есть кристаллическая решётка, при переходе в состояние стекла не исчезают, а лишь перемешиваются, теряя упорядоченное расположение. Однако затем они начинают самоорганизовываться в связанную сеть, чем-то похожую на полимерные цепочки, как в силикатном стекле и полимерах.

«Именно эти связанные сети и степень, до которой они развиты [в материале], вероятно, контролируют способность металлов к переходу от жидкого состояния к стеклообразному», — полагает г-н Крамер.

Учёный замечает, что теперь, когда структура металлических стёкол стала яснее, появится возможность создания новых сплавов, в которых степень развития таких связей будет контролироваться, а конечные свойства материала можно будет заранее планировать, а не подбирать методом проб и ошибок, как это всегда делалось.

Несмотря на то что структура вещества в стеклообразном состоянии далеко не так упорядочена, как у того же вещества в твёрдом состоянии, аморфным его назвать трудно.

Первая часть исследования опубликована в журнале Scientific Reports, вторая — в Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Национальной лаборатории в Эймсе.