Pd_42.5 Ni_7.5 Cu₃₀ P₂₀ (PNCP) è considerato il campione dei vetri metallici sfusi grazie alla sua capacità di formare vetro (GFA), ma le configurazioni atomiche che portano a questa proprietà rimangono sconosciute. Recentemente un team internazionale di ricercatori guidato dal Prof. Shinya Hosokawa dell'Università di Kumamoto, in Giappone, ha analizzato le configurazioni atomiche del PNCP, lo ha confrontato con le leghe precedenti e ha trovato le sue configurazioni caratteristiche e l'origine del suo GFA. Questo può aiutare gli ingegneri a creare occhiali metallici migliori.

Il vetro metallico è un materiale rivoluzionario che combina la flessibilità del vetro con la forza dei metalli. Questi sono realizzati raffreddando rapidamente un metallo liquido o una lega in modo tale che gli atomi si congelino in uno schema casuale, proprio come i liquidi, piuttosto che nello schema regolare dei metalli normali. Questo motivo casuale simile a un liquido si vede anche nel vetro, dando il nome al materiale. Pd_42.5 Ni_7.5 Cu₃₀ P₂₀ (PNCP) è considerato molto migliore di una delle sue leghe madri, Pd₄₀ Ni₄₀ P₂₀ (PNP), che mostra un GFA e Pd₄₀ leggermente peggiori Cu₄₀ P₂₀ (PCP), che mostra un GFA molto peggiore di PNCP. Eppure le configurazioni atomiche caratteristiche del PNCP, che lo rendono un eccellente vetro metallico, sono rimaste un mistero.

In un recente documento che è stato reso disponibile online il 25 agosto 2022 e pubblicato nel Journal of Non-Crystalline Solids , un team di ricercatori provenienti da Giappone, Germania, Francia, Ungheria e Regno Unito ci ha avvicinato di un passo alla risoluzione di questo mistero. Guidati dal professor Shinya Hosokawa dell'Università di Kumamoto, in Giappone, hanno analizzato con successo la struttura atomica di PNCP e l'hanno confrontata con la struttura atomica di PNP e PCP per trovare le configurazioni caratteristiche che possono portare all'eccellente GFA di PNCP.

"Sebbene studi precedenti abbiano cercato di formulare regole in grado di prevedere il GFA dei vetri metallici, queste non sono state verificate sperimentalmente. I nostri risultati mostrano che queste regole potrebbero non essere vere. Inoltre, la nostra ricerca fa luce sui prossimi passi che devono essere preso per capire come le configurazioni atomiche di altri vetri metallici influenzano il loro GFA", ha affermato il Prof. Hosokawa.

Attraverso molteplici tecniche di osservazione come la diffusione anomala dei raggi X, la diffrazione dei raggi X e la diffrazione dei neutroni, sono state chiarite le configurazioni atomiche di un campione PNCP di 3 mm di diametro. Questi sono stati analizzati utilizzando tecniche come la modellazione Monte Carlo inversa. Le osservazioni sono state quindi confrontate con quelle simili di PNP e PCP.

Il team ha riscontrato differenze distinte nelle configurazioni atomiche di PNCP rispetto alle sue leghe madri. Per cominciare, PNCP ha mostrato una maggiore eterogeneità nei suoi metalli secondari, nichel e rame, rispetto ai metalli secondari in PNP (cioè nichel) e PCP (cioè rame). Nichel e rame non erano distribuiti uniformemente in PNCP. Inoltre, il team ha osservato un aumento delle disposizioni icosaedriche attorno al nichel e al rame nel PNCP. Infine, i risultati dell'omologia persistente (PH), un metodo per calcolare la topologia dei composti, hanno mostrato che il PNCP conteneva gli anelli PH di rame più grandi di qualsiasi vetro metallico sfuso a base di palladio.

Attingendo da questi risultati, i ricercatori hanno concluso che in PNCP, la parte leggermente covalente (costituita da palladio e fosforo, o Pd-P) e la parte metallica (fatta da nichel e rame) sono interconnesse tra loro, e questo porta a PNCP ottimo GFA. Il Prof. Hosokawa spiega perché questi risultati sono utili:"I nostri risultati possono aiutare gli altri a comprendere le origini dell'eccellente capacità di formare il vetro in molti vetri metallici, non solo nel PNCP. Ulteriori ricerche possono basarsi sui nostri e aiutare a sviluppare vetri metallici migliori in futuro. "

I vetri metallici hanno una buona flessibilità, resistenza e resistenza alla corrosione. Pertanto, c'è un enorme potenziale nell'uso di questi materiali. Avanzamenti come questo possono rendere l'uso dei vetri metallici più comune nel nostro mondo e possono avvicinarci di un passo alla realizzazione del potenziale di questi materiali unici. + Esplora ulteriormente

La ricerca rende più chiara la fisica della formazione del vetro