I materiali che hanno una struttura disordinata senza schemi ripetitivi regolari sono descritti come amorfi. Tali materiali possono essere trovati in natura e hanno anche una varietà di applicazioni nella tecnologia. Però, la natura disordinata di questi materiali li rende più difficili da caratterizzare rispetto alle strutture cristalline.

Ora, ricercatori dell'Istituto di Scienze Industriali dell'Università di Tokyo hanno dimostrato che la struttura di una particolare classe di liquidi e materiali amorfi, noti come formatori di vetro tetraedrico, può essere compreso dalle misurazioni sperimentali. I loro risultati sono stati pubblicati in Progressi scientifici .

Quando un materiale cristallino disperde raggi X o neutroni, produce un modello ben definito come risultato della sua struttura. In contrasto, i modelli prodotti da liquidi e materiali amorfi mostrano ampi picchi che non forniscono lo stesso grado di informazione. Però, liquidi e materiali amorfi che tendono a formare una rete, come silice e silicio, sono noti per esibire una caratteristica chiamata il primo picco di diffrazione acuto (FSDP).

Sono state presentate molte teorie che collegano le proprietà della FSDP alla struttura del relativo materiale; però, non c'è ancora un consenso accettato su ciò che dà origine a queste caratteristiche. Ora i ricercatori hanno dimostrato che la FSDP è il risultato della natura tetraedrica dell'ordinamento locale degli atomi nel liquido.

"La natura covalente del legame nei liquidi che abbiamo studiato si traduce in un certo grado di organizzazione a livello locale, sebbene l'ordine non si estenda a lungo raggio, "Spiega l'autore corrispondente dello studio Hajime Tanaka. "Ci siamo concentrati sulla struttura dell'unità tetraedrica che si forma nei materiali, e di conseguenza hanno stabilito un modello in grado di supportare una serie di risultati sperimentali".

I ricercatori hanno testato il loro modello di tetraedro utilizzando dati simulati e sperimentali per numerosi ossidi, alogenuro, calcogenuro, e materiali monoatomici allo stato liquido o amorfo. I risultati sono stati in grado di spiegare l'origine della FSDP così come altri picchi e caratteristiche di numeri d'onda più elevati.

"Abbiamo mostrato prove dirette di una struttura a due stati in cui ordine e disordine coesistono nella stessa rete formando liquido, " Il primo autore Rui Shi spiega. "Speriamo che i nostri risultati portino a una migliore comprensione delle proprietà dei liquidi tetraedrici e dei vetri, e di conseguenza hanno un impatto su aree come le scienze della terra e i materiali semiconduttori".

Il collegamento diretto tra i dati che possono essere acquisiti utilizzando tecniche standard e le informazioni strutturali quantitative sul grado e la gamma di ordine locale dimostra il significato pratico e il potenziale del modello presentato.