Metalliskt glas är en viktig avancerad legering som lovar breda tekniska tillämpningar. Det framstår som en solid form i många aspekter, med vackert metallutseende, överlägsen elasticitet, hög hållfasthet och en tätt packad atomstruktur.

Men denna heltäckande uppfattning har nu ifrågasatts. Prof. Bai Haiyang från Institutet för fysik vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har nyligen visat att det finns vätskeliknande atomer i metallglas. Dessa atomer ärver dynamiken hos vätskeatomer vid hög temperatur, vilket avslöjar naturen hos metallglas som delvis fast och delvis vätska.

Resultaten publicerades i Nature Materials .

Kondenserat material kan i allmänhet klassificeras i fast och flytande tillstånd. Under extrema förhållanden eller i specifika system existerar materia i speciella tillstånd som samtidigt uppvisar vissa egenskaper hos både fasta ämnen och vätskor. I detta fall kan fasta ämnen innehålla snabbt spridande, vätskeliknande atomer som kan röra sig snabbt även vid låga temperaturer.

Till exempel går is in i ett "superioniskt" tillstånd under högt tryck vid höga temperaturer. I detta tillstånd kan H-atomer diffundera fritt medan O-atomer är fixerade i sina subgitter. Sådana speciella tillstånd observeras också i jordens inre kärna och i de Li-ledande materialen i avancerade batterier, som får växande uppmärksamhet inom vetenskap och teknik.

I den här studien avslöjade forskarna att vätskeliknande atomer finns i tätt packade metallglas. Genom att kombinera omfattande dynamiska experiment och datorsimuleringar fann de att när en vätskas viskositet avviker från Arrhenius beteende, deltar inte alla atomer i samverkande flöde och efterföljande stelning. Faktum är att vissa atomer kan upprätthålla flytande Arrhenius-beteende även när systemet kyls ner till ett glastillstånd, och därmed framstå som ihållande vätskeliknande atomer som leder till snabb avslappning vid ganska låga temperaturer.

"Ett glasartat fast ämne är i huvudsak mest fast och en liten del flytande. Även vid rumstemperatur kan vätskeliknande atomer i ett glasartat fast material diffundera lika lätt som i flytande tillstånd, med en experimentellt bestämd viskositet så låg som 10 ⁷ Pa·s, medan den fasta delens viskositet är större än 10 ¹³ Pa·s," sade Prof. Bai.

Dessa fynd ger en tydligare mikroskopisk bild av glasögon. Denna nya bild kan hjälpa forskare att bättre förstå hur egenskaperna hos glasmaterial är relaterade till deras dynamik. Till exempel kontrollerar vätskeliknande atomer glasögonens anelasticitet och kan påverka deras duktilitet.

Dessutom har det starka förhållandet mellan vätskeliknande atomer och oordnad struktur också implikationer för att studera det topologiska ursprunget för snabb diffusion i fasta ämnen, såsom superioniska tillståndsämnen och jonledare. + Utforska vidare

Jordens inre kärna:En blandning av fast Fe och vätskeliknande lätta element