En av de många möjliga vägarna till nästa generations material-sådana som möjliggör nya framsteg inom datalagring, elektroniska enheter, och lättare och starkare konstruktionsmaterial - är genom superkylning av metaller i en kategori legeringar som kallas 'metalliskt glas, 'utan något regelbundet eller kristallint mönster av atomstruktur (forskare kallar det "amorft"). Till skillnad från vanligt glas eller fönsterglas, dock, dessa metalliska glasögon är utmärkta elektriska ledare, vilket gör dem lovande för alla typer av tekniska applikationer.
När metallglas upphettas till mycket lägre temperatur än dess smältpunkt, oförutsägbara nya tillstånd av materia dyker upp. Några av dessa ovanliga materialstrukturer innehåller små öar eller fragment av kristalliserade fasta ämnen, sådana som kan ha potentiellt användbara egenskaper.
"Utmaningen är att förstå hur dessa legeringar bildas, och hur vi kan kontrollera deras bildning under dessa förhållanden; inga befintliga modeller kan förutsäga deras existens på grund av de stora variationerna i atomrörlighet vid olika temperaturer, "sade Lin Zhou, en forskare vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory. "Experimentella mätningar av övergångsvägen är avgörande för att etablera tillförlitliga modeller för att övervinna denna utmaning. Det kommer att vara nyckeln till att göra dessa material på ett kontrollerat sätt, med exakt de egenskaper vi vill ha. "
Experter på att fånga detaljer på atomnivå om komplexa materialomvandlingar, Zhou och andra forskare i Ames Laboratories avdelning för materialvetenskap och teknik smälter, superkyld och värmde sedan upp en legering av aluminium och samarium, och övervakade uppvärmningsprocessen i realtid med en kombination av högenergiröntgendiffraktion och transmissionselektronmikroskopi.
Videorna fångades långsamt, oregelbundet placerade halvmåne nanokristaller av aluminium, som uppslukas av det snabbare formande komplexet intermetalliskt från den glasartade metallen, en process som kallas devitrification. Dessa onormala resultat var överraskande, men hjälpte till att förklara några förvirrande resultat från tidigare experiment.
"Tidigare, vi skulle dra slutsatser genom att jämföra stillbilder före och efter transformation med teoretiska modeller, "sade Zhou." Med dessa tekniker har vi mycket mer exakt information för att förklara dessa transformationer. "
Forskningen diskuteras vidare i tidningen, "En onormal metastabil nanoskala eutektisk reaktion avslöjad av observationer på plats, "författad av Lin Zhou, Fanqiang Meng, Shihuai Zhou, Kewei Sun, TaeHoon Kim, Ryan Ott, Ralph Napolitano, och Matthew J. Kramer; och publicerad i Acta Materialia .
