Металлическое стекло вовсе не так «стекловидно»
 Структура металлического стекла, смоделированная по результатам проведенных исследований. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Металлическое стекло являются металлом, но, в отличие от большинства металлов и минералов, они не имеют упорядоченной кристаллической структуры, за счет чего их часто сравнивают с обычным оконным стеклом. Как показывают последние исследования, такое сравнение не совсем верно. Ученые, занимающиеся изучением материалов, считают, что у металлического стекла присутствует полуупорядоченная структура, и существует несколько версий относительно того, какая именно.
Преобладающая теория говорит о том, что атомы упорядочены в кластеры, каждый из которых охватывает центральный атом и его ближайших соседей, расположенных в вершинах искаженного икосаэдра (трехмерного аналога пятиугольника). Эти структуры имеют ось симметрии пятого порядка, так что создать совершенные повторяющиеся решетки из них невозможно даже в идеале с точки зрения математики. Одним из подтверждений данной теории служит тот факт, что материалы с симметрией пятого порядка склонны разрушаться, а не растягиваться или изгибаться, что также характерно для металлического стекла. Менее распространенная теория утверждает, что атомные кластеры охватывают даже большее число частиц, и их размеры достигают нескольких нанометров и более, но эта идея в научном сообществе вызывает активные споры.
Существование симметрии пятого порядка можно подтвердить компьютерным моделированием, но для подтверждения теории нужны более детальные описания структуры. Для этого группа ученых из University of Wisconsin (США) добавила некоторые экспериментальные данные в существующую компьютерную модель и получила, таким образом, более сложную картину.
Для своих исследований ученые использовали так называемую флуктуационную электронную микроскопию (fluctuation electron microscopy, FEM), измеряющую изменения в дифракции электронов при движении электронного почка вдоль поверхности исследуемого образца. При «просвечивании» с помощью этой техники совершенно однородного образца (кристаллического или аморфного), изменений практически не будет. Но если образец имеет некие изменения в масштабе нескольких нанометров, например, кластеры с атомарной структурой, отличающейся от соседних областей, дифракционная картина будет существенно изменяться. Что интересно, техника чувствительна к тому диапазону масштабов, который обычно тяжело исследовать с помощью обычной электронной микроскопии или рентгеновской дифракции.
Использовав данные, полученные с помощью упомянутой техники, в качестве основы для симуляции, ученые обнаружили, что различные области исследуемого материала имеют различную симметрию. В некоторых областях преобладали икосаэдры, в других – кубические структуры. Более того, последние занимали примерно 15% объема в металле, который быстро охлаждался из жидкого состояния, но их доля снизилась, после того, как ученые нагревали образец до комнатной температуры в течение часа.
Ученые признают, что указанные данные они получили для одного из множества металлических стекол, так что результаты для других образцов могут быть другими. Но уже сейчас понятно, что исследованная структура не является идеальным и самым «низким» энергетическим состоянием вещества. Исследования в этом направлении будут продолжены.
Также по теме:
- Асимметричные паттерны могут образовываться из-за симметричных сил
- Американские ученые предложили методику конструирования структур на базе графена
- Представления о плане строения тела человека, заложенные в головном мозге, можно целенаправленно изменить, или третья рука – это не просто иллюзия
- Молекулярная структура водки влияет на выбор потребителя
- Orthoboric acid, H3BO3
Источники: