Uno dei tanti percorsi possibili verso i materiali di nuova generazione, quelli che consentono nuovi progressi nell'archiviazione dei dati, dispositivi elettronici, e materiali da costruzione strutturali più leggeri e resistenti, avviene attraverso il superraffreddamento dei metalli in una categoria di leghe chiamate "vetro metallico, ' senza un modello regolare o cristallino della struttura atomica (gli scienziati lo chiamano "amorfo"). A differenza del vetro comune o della finestra, però, questi vetri metallici sono ottimi conduttori elettrici, rendendoli promettenti per tutti i tipi di applicazioni tecnologiche.
Quando il vetro metallico viene riscaldato a una temperatura molto più bassa del suo punto di fusione, emergono nuovi imprevedibili stati della materia. Alcune di queste strutture di materiali insoliti contengono piccole isole o frammenti di solidi cristallizzati, quelli che potrebbero avere proprietà potenzialmente utili.
"La sfida è capire come si formano queste leghe, e come possiamo controllare la loro formazione in queste condizioni; nessun modello esistente può prevederne l'esistenza a causa delle grandi variazioni della mobilità atomica a diverse temperature, " ha detto Lin Zhou, uno scienziato presso l'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. "Le misurazioni sperimentali del percorso di transizione sono fondamentali per stabilire modelli affidabili per superare questa sfida. Questa sarà la chiave per realizzare questi materiali in modo controllato, con esattamente le proprietà che vogliamo avere."
Esperti nell'acquisizione di dettagli a livello atomico di complesse trasformazioni di materiali, Zhou e altri scienziati della Divisione di Scienze e Ingegneria dei Materiali del Laboratorio di Ames si sono sciolti, super-raffreddato e poi riscaldato un modello in lega di alluminio e samario, e monitorato il processo di riscaldamento in tempo reale con una combinazione di diffrazione di raggi X ad alta energia e microscopia elettronica a trasmissione.
I video catturati a crescita lenta, nanocristalli di alluminio a mezzaluna posizionati in modo irregolare, che sono inghiottiti nel complesso intermetallico a formazione più rapida dal metallo vetroso, un processo chiamato devitrificazione. Questi risultati anormali sono stati sorprendenti, ma ha aiutato a spiegare alcuni risultati confusi di precedenti esperimenti.
"In precedenza, trarremmo conclusioni confrontando le immagini fisse prima e dopo la trasformazione con modelli teorici, " ha detto Zhou. "Con queste tecniche abbiamo informazioni molto più precise per spiegare queste trasformazioni".
La ricerca è ulteriormente discussa nel documento, "Un'anomala reazione eutettica su nanoscala metastabile rivelata da osservazioni in situ, " scritto da Lin Zhou, Fanqiang Meng, Shihuai Zhou, Kewei Sole, Tae Hoon Kim, Ryan Ott, Ralph Napolitano, e Matthew J. Kramer; e pubblicato in Acta Materialia .
