Des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont utilisé des calculs de dynamique moléculaire pour simuler la capacité de formation de verre de mélanges métalliques. Ils montrent que même de petits changements de composition peuvent fortement influencer la probabilité qu'un matériau adopte un état cristallin par rapport à un état vitreux lors du refroidissement. Ce travail peut conduire à une théorie universelle de la formation du verre et moins chère, plus résistant, verre électroconducteur.

Si vous avez des invités importants qui viennent dîner, vous pourriez mettre votre table avec des verres en cristal coûteux. Aux scientifiques, cependant, le cristal et le verre sont en fait deux états très différents qu'un liquide peut prendre lorsqu'il est refroidi. Un cristal a une structure de réseau tridimensionnelle définie qui se répète indéfiniment, tandis que le verre est un solide amorphe qui manque d'ordre à longue distance. Les théories actuelles de la formation du verre ne peuvent pas prédire avec précision quels mélanges métalliques vont "vitrifier" pour former un verre et lesquels vont cristalliser. Un meilleur, une compréhension plus complète de la formation du verre serait d'une grande aide lors de la conception de nouvelles recettes pour matériaux électriquement conducteurs.

Maintenant, des chercheurs de l'Université de Tokyo ont utilisé des simulations informatiques de trois systèmes métalliques prototypes pour étudier le processus de formation du verre. "Nous avons découvert que la capacité d'un système à plusieurs composants à former un cristal, contrairement à un verre, peut être perturbé par de légères modifications de la composition, " dit le premier auteur Yuan-Chao Hu.

Dit simplement, la formation du verre est la conséquence d'un matériau évitant la cristallisation lorsqu'il est refroidi. Cela verrouille les atomes dans un état "gelé" avant qu'ils ne puissent s'organiser dans leur modèle de minimisation d'énergie. Les simulations ont montré qu'un facteur critique déterminant le taux de cristallisation était l'énergie d'interface liquide-cristal.

Les chercheurs ont également découvert que des changements dans la composition élémentaire peuvent conduire à des ordonnancements atomiques locaux qui entravent le processus de cristallisation avec des arrangements incompatibles avec la forme habituelle du cristal. Spécifiquement, ces structures peuvent empêcher de minuscules cristaux d'agir comme des "graines" qui nucléent la croissance de régions ordonnées dans l'échantillon. Contrairement aux explications précédentes, les scientifiques ont déterminé que la différence de potentiel chimique entre les phases liquide et cristalline n'a qu'un faible effet sur la formation du verre.

« Ce travail représente une avancée significative dans notre compréhension du mécanisme physique fondamental de la vitrification, ", a déclaré l'auteur principal Hajime Tanaka. "Les résultats de ce projet peuvent également aider les fabricants de verre à concevoir de nouveaux systèmes multi-composants qui ont certaines propriétés souhaitées, comme la résilience, ténacité et électroconductivité."

L'ouvrage est publié dans Avancées scientifiques comme "Origine physique de la formation du verre à partir de systèmes à plusieurs composants."