Les matériaux à l'état vitreux sont partout dans nos vies et contribuent à l'humanité depuis de nombreuses années. Aujourd'hui, ils jouent un rôle essentiel dans diverses technologies, y compris les fibres optiques. Bien que nous croyions que le verre est très stable, il cristallise parfois, entraînant une perte de transparence et d'isotropie, caractéristiques essentielles du verre, qui a été un problème important dans les applications industrielles. La raison pour laquelle la cristallisation se produit dans un état solide avec presque aucun mouvement moléculaire a été un grand mystère. Sa compréhension peut aider à prévenir ou à optimiser la croissance cristalline en surfusion profonde.

Dans une étude publiée récemment dans Matériaux naturels , chercheurs de l'Institut des sciences industrielles, L'Université de Tokyo, Université de Fudan, Université de Pékin, et les institutions collaboratrices ont mené des études expérimentales et informatiques sur la croissance cristalline rapide sous surfusion profonde. Leurs travaux fournissent un aperçu critique du mécanisme de croissance cristalline rapide à des températures ultra-basses, contribuer à de nombreuses applications technologiques en améliorant la stabilité du verre ou en produisant des cristaux de haute qualité.

"La croissance des cristaux dans les verres est un complexe, problème vieux de plusieurs décennies. Comment les structures précurseurs surmontent le désordre dans la phase liquide pour s'organiser en cristaux reste controversée, " dit Peng Tan, co-auteur principal.

Une clé de la croissance cristalline rapide révélée par les simulations et les expériences est que les interfaces solide-liquide dans les liquides en surfusion sont épaisses et rugueuses. La grande surface de contact entre les îlots ordonnés et le liquide désordonné environnant aide à briser le désordre et facilite la croissance cristalline rapide.

"Un autre résultat clé est que l'état désordonné est intrinsèquement instable mécaniquement, conduisant à une réaction en chaîne de type domino de croissance cristalline, " explique Hajime Tanaka, co-auteur principal. "Cela est facilité par la capacité des régions nouvellement formées imparfaitement ordonnées du cristal à se réorganiser et, ce faisant, à empêcher l'accumulation de désordre."

Comment les chercheurs peuvent-ils utiliser ces connaissances ? On peut favoriser la croissance cristalline en améliorant la capacité d'un liquide surfondu à développer des structures précurseurs et à se réarranger à partir d'un ordre sous-optimisé. Tanaka, Bronzer, Xu, et ses collègues sont optimistes quant au fait que les chercheurs utiliseront ces informations pour déterminer quels matériaux présentent les propriétés nécessaires pour améliorer la stabilité du verre ou la formation de cristaux de haute qualité. Avec le développement ultérieur, il y a des applications claires aux verres ultrastables et aux cristaux presque parfaits.