Une équipe de chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo a utilisé la spectroscopie électronique avancée et des simulations informatiques pour mieux comprendre la structure atomique interne du verre aluminosilicaté. Ils ont découvert des réseaux de coordination complexes entre les atomes d'aluminium dans des régions séparées par des phases. Ce travail peut ouvrir la possibilité de lunettes améliorées pour les écrans tactiles des appareils intelligents.

Comme la demande de smartphones, comprimés, et les panneaux solaires augmentent, il en sera de même du besoin de plus de haute qualité, dure, verre transparent. L'un des matériaux candidats pour ces applications est le verre aluminosilicaté, qui est en aluminium, silicium, et de l'oxygène. Comme pour tous les matériaux amorphes, le verre ne forme pas un simple réseau mais existe plutôt comme un « liquide gelé » désordonné. Cependant, des structures complexes peuvent encore se former entre celles-ci qui n'ont pas encore été analysées par les scientifiques.

Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université de Tokyo a utilisé la spectroscopie de structure fine à perte d'énergie électronique avec un microscope électronique à transmission à balayage pour révéler l'arrangement local des atomes dans un verre composé à 50 % d'oxyde d'aluminium (Al2O 3 ) et 50 % de dioxyde de silicium (SiO 2 ). "Nous avons choisi d'étudier ce système car il est connu pour se séparer en régions riches en aluminium et riches en silicium", explique le premier auteur Kun-Yen Liao. Lors de l'imagerie au microscope électronique, certains électrons émis subissent une diffusion inélastique, ce qui leur fait perdre une partie de leur énergie cinétique d'origine.

La quantité d'énergie dissipée varie en fonction de l'emplacement et du type d'atome ou d'amas d'atomes dans l'échantillon de verre touché. La spectroscopie de perte d'électrons est suffisamment sensible pour faire la différence entre l'aluminium coordonné en amas tétraédriques par opposition aux amas octaédriques. En ajustant le profil des spectres de structure fine de perte d'énergie des électrons pixel par pixel, l'abondance des différentes structures en aluminium a été déterminée avec une précision nanométrique. L'équipe a également utilisé des simulations informatiques pour interpréter les données.

"Les verres en aluminosilicate peuvent être fabriqués pour résister aux températures élevées et aux contraintes de compression. Cela les rend utiles pour un large éventail d'applications industrielles et grand public, tels que les écrans tactiles, verre de sécurité, et photovoltaïque, " dit l'auteur principal Teruyasu Mizoguchi. Parce que l'aluminosilicate est également d'origine naturelle, cette technique peut également être utilisée pour la recherche géologique. L'ouvrage est publié dans Le Journal des lettres de chimie physique comme "Révéler la distribution spatiale d'espèces coordonnées par Al dans un verre d'aluminosilicate séparé par phase par STEM-EELS".