Команда, в которую входят Цяоши «Чарльз» Цзэн из Карнеги и Хо-гван «Дэйв» Мао, среди прочих, пытается выяснить правила, которые управляют созданием металлического стекла. Они делают это, глядя на металлические очки под экстремальным давлением.
Исследования высокого давления можно использовать для исследования структуры на атомном уровне и понимания состояния порядка или беспорядка материала.Кристаллы имеют повторяющуюся структуру, тянущуюся во всех направлениях.
В очках отсутствует такая строгая организация. Кристаллические металлы часто имеют слабые места на границах между кристаллическими зернами. Металлические стекла лишены этих дефектов, что делает их прочнее.
С практической точки зрения, металлические стекла чрезвычайно прочные, твердые и устойчивые к износу и коррозии, что делает их хорошими потенциальными кандидатами для инженерного использования, включая корпуса для электроники, и медицинских применений, таких как хирургические штифты и стенты. Но пока их создание — трудоемкий и дорогостоящий процесс, поскольку у ученых отсутствует общая теория металлического стекла. Открытие фундаментальных правил, регулирующих использование металлических стекол, для руководства их развитием, могло бы стать революционным.Команда, в которую также входили Жидан Зенг из Карнеги, Станислав Синогейкин, Йошио Коно, Кертис Кенни-Бенсон, Чанъён Парк и Венге Янг, исследовали стекло, сделанное из сплавов металлического церия под давлением.
Группы исследователей высокого давления в Карнеги всесторонне исследовали сплавы церия, так что это было естественным подходом для этого исследования. Их цель состояла в том, чтобы найти фундаментальные правила, соотносящие структуру и свойства металлических стекол, которые могли бы помочь их дальнейшему открытию и синтезу. Их выводы опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Сжатие под высоким давлением — чрезвычайно мощный инструмент для точной настройки как структуры, так и свойств материалов, таких как металлические стекла, а также для поиска информации, согласованной по образцам», — сказал ведущий автор Цзэн. «Точно измеряя эволюцию структуры и свойств во время сжатия, мы могли бы установить взаимосвязь между ними. Чем больше мы узнаем о взаимосвязи структуры и свойств в металлическом стекле, тем лучше мы сможем предсказать свойства других потенциальных металлических стекол».
Работая над металлическим стеклом на основе церия, команда смогла обнаружить непротиворечивое правило, которое устанавливает точную числовую зависимость между уменьшением объема металлического стекла под давлением и изменениями в его атомной структуре, определенными с помощью передовых рентгеновских инструментов. . Это числовое соотношение сохраняется и для металлических стекол при атмосферном давлении.«Точность и универсальность этого правила, которое мы обнаружили, указывает на то, что атомные структуры металлических стекол не являются полностью случайными, даже если они не так равномерно упакованы, как кристаллические металлы; у них могут быть общие некоторые предсказуемые структурные особенности.
Это важно шаг в понимании того, что контролирует образование этих материалов », — сказал Цзэн.