Les matériaux qui ont une structure désordonnée sans motif répétitif régulier sont décrits comme amorphes. De tels matériaux peuvent être trouvés dans la nature et ont également une variété d'applications technologiques. Cependant, la nature désordonnée de ces matériaux les rend plus difficiles à caractériser que les structures cristallines.

Maintenant, des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont montré que la structure d'une classe particulière de liquides et de matériaux amorphes, connus sous le nom de verriers tétraédriques, peut être compris à partir de mesures expérimentales. Leurs conclusions ont été publiées dans Avancées scientifiques .

Lorsqu'un matériau cristallin diffuse des rayons X ou des neutrons, il produit un motif bien défini en raison de sa structure. En revanche, les motifs produits par les liquides et les matériaux amorphes présentent des pics larges qui ne fournissent pas le même degré d'information. Cependant, les liquides et les matériaux amorphes qui ont tendance à former un réseau, comme la silice et le silicium, sont connus pour présenter une caractéristique appelée le premier pic de diffraction net (FSDP).

De nombreuses théories liant les propriétés du FSDP à la structure du matériau associé ont été présentées; cependant, il n'y a toujours pas de consensus accepté sur ce qui donne lieu à ces caractéristiques. Maintenant, les chercheurs ont démontré que le FSDP est le résultat de la nature tétraédrique de l'ordre local des atomes dans le liquide.

« Le caractère covalent du collage dans les liquides que nous avons étudiés se traduit par une certaine organisation au niveau local, bien que la commande ne s'étende pas sur une longue portée, ", explique l'auteur correspondant de l'étude, Hajime Tanaka. "Nous nous sommes concentrés sur la structure de l'unité tétraédrique qui se forme dans les matériaux, et, par conséquent, ont établi un modèle capable de prendre en charge une gamme de résultats expérimentaux. »

Les chercheurs ont testé leur modèle de tétraèdre en utilisant des données simulées et expérimentales pour de nombreux oxydes, halogénure, chalcogénure, et les matériaux monoatomiques à l'état liquide ou amorphe. Les résultats ont pu expliquer l'origine du FSDP ainsi que d'autres pics et caractéristiques de nombre d'ondes plus élevé.

"Nous avons montré des preuves directes d'une structure à deux états dans laquelle l'ordre et le désordre coexistent dans le même réseau formant un liquide, », explique Rui Shi, premier auteur. « Nous espérons que nos découvertes permettront de mieux comprendre les propriétés des liquides et des verres tétraédriques, et ont par conséquent un impact sur des domaines tels que les sciences de la terre et les matériaux semi-conducteurs. »

Le lien direct entre les données qui peuvent être acquises à l'aide de techniques standard et les informations structurelles quantitatives sur le degré et l'étendue de l'ordre local démontre l'importance pratique et le potentiel du modèle présenté.