I ricercatori hanno scoperto che il liquido ha una struttura in determinate circostanze, e che questa struttura influenzi significativamente la misteriosa e complessa formazione dei vetri metallici.

Modellabile come la plastica ma resistente come il metallo, i vetri metallici sono una classe relativamente nuova di materiali realizzati con complessi, leghe multicomponenti. Le loro proprietà uniche derivano dal modo in cui i loro atomi si sistemano in una disposizione casuale quando si raffreddano da liquido a solido. Ma controllare questo processo e sfruttare appieno questi materiali si è rivelato complicato, poiché molto è ancora sconosciuto su ciò che accade nel processo di raffreddamento.

Un nuovo studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , fornisce alcune risposte.

I ricercatori, guidato da Judy Cha, il Carol e Douglas Melamed Assistant Professor di ingegneria meccanica e scienza dei materiali, hanno scoperto che i vetri metallici allo stato liquido formeranno periodicamente strutture cristalline:i loro atomi che si muovono liberamente si dispongono secondo determinati schemi. Questo accade all'interfaccia del liquido e del solido, cioè, quando il materiale fuso si è parzialmente solidificato, il liquido adiacente forma una struttura che fa crescere la parte solida fino a 20 volte più velocemente di quanto farebbe altrimenti.

"Stiamo evidenziando quella lacuna nella nostra conoscenza, " disse Cha, che è anche membro dell'Energy Sciences Institute di Yale nel West Campus. "Il campo della cristallizzazione è molto maturo, ma le questioni fondamentali restano aperte».

Per lo studio, i ricercatori hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione per osservare in tempo reale il processo di cristallizzazione in barre di vetro metallico di dimensioni nanometriche. Poter osservare il materiale su scala atomica, hanno scoperto che il vetro metallico si cristallizzerebbe a una velocità da 15 a 20 atomi al secondo se il liquido formasse una struttura. Quando non aveva una struttura, la velocità era di circa tre-cinque atomi al secondo.

Yujun Xie, un dottorato di ricerca candidato nel laboratorio di Cha e autore principale dell'articolo, ha detto che il prossimo passo è ampliare le applicazioni di ciò che hanno appreso.

"In che modo il nostro studio fornisce alcune informazioni sulla formazione di altri materiali, e come possiamo progettare la formazione e la struttura di altri materiali?" ha detto.

Gli altri autori dello studio sono Sungwoo Sohn, Minglei Wang, Huolin Xin, Mark D. Shattuck, Corey S. O'Hern, e Jan Schroers.