(a) Les boules rouges sont des atomes de Pd et Ni, alors que les boules bleues représentent les atomes P. Le polyèdre orange représente le petit amas enrichi en Pd, et le polyèdre de couleur bleue représente le petit amas enrichi en Ni. Seule une partie des petits groupes est affichée pour clarification. (b). Diagrammes schématiques montrant la construction du cluster 6M-TTP par le schéma de partage de bord. Crédit :Lan, S., Zhu, L., Wu, Z. et al. / Numéro DOI :10.1038/s41563-021-01011-5
Le verre est l'un des matériaux les plus courants que nous utilisons tous les jours, mais la structure détaillée de ce matériau non métallique et non liquide a toujours été un mystère majeur en science. Une équipe de recherche codirigée par des scientifiques de la City University of Hong Kong (CityU) a découvert avec succès que le verre métallique amorphe et cristallin ont les mêmes éléments structurels. Et c'est la connectivité entre ces blocs qui distingue les états cristallin et amorphe du matériau. Les résultats ont permis de mieux comprendre la structure du verre.
Le verre est un solide amorphe non cristallin qui a une utilisation pratique et technologique répandue dans la vie quotidienne. Outre le verre sodocalcique utilisé dans les fenêtres, il existe de nombreux autres types de verres comme le verre métallique. Le matériau de la phase vitreuse est mystérieux et spécial :à l'extérieur, le matériau se comporte comme un solide, mais à l'intérieur, il apparaît aussi désordonné qu'un liquide. Sa structure a donc longtemps fait l'objet de recherches scientifiques.
Une équipe de recherche co-dirigée par le professeur Wang Xunli, Professeur titulaire de physique et chef du département de physique à CityU, a découvert un lien structurel entre un solide de verre et son homologue cristallin, qui est une percée dans la compréhension de la structure détaillée du matériau amorphe. L'ouvrage a été publié en Matériaux naturels , intitulé "Un motif de structure à moyenne portée reliant l'état amorphe et cristallin."
"La structure du verre a été un grand défi scientifique, " a déclaré le professeur Wang.
Dr Lan Si (à droite) et Wu Zhenduo (au milieu), co-premiers auteurs de l'article, effectuer les derniers ajustements dans une expérience de diffraction des rayons X synchrotron à Advanced Photon Source, Laboratoire National d'Argonne. Crédit :Professeur Wang Xunli
Contrairement à un solide cristallin constitué d'un empilement périodique (ordre à longue distance) de blocs de construction fondamentaux appelés cellules unitaires, un matériau de verre n'a pas d'ordre à longue distance. Mais un matériau verrier a des structures ordonnées à courte portée (2 -5 ) et moyenne portée (5 -20 UNE), et des échelles encore plus longues. Cependant, en raison du manque de contraste résultant de la nature amorphe du matériau, il était difficile pour les scientifiques de déterminer expérimentalement la nature de l'ordre à moyenne portée. Par conséquent, il restait un mystère scientifique de savoir s'il existe un lien structurel à des échelles de longueur moyenne ou plus longue entre le matériau amorphe et ses homologues cristallins. Le problème est encore aggravé par le fait qu'un matériau amorphe cristallise souvent en une phase de composition différente, avec des blocs de construction structurels sous-jacents très différents.
Pour surmonter ce défi, l'équipe a capturé une phase cristalline intermédiaire grâce à un contrôle précis du chauffage d'un verre métallique (un alliage palladium-nickel-phosphore (Pd-Ni-P)) à haute température.
L'équipe a ensuite utilisé différentes techniques avancées d'analyse de structure, y compris la microscopie électronique à transmission à haute résolution, diffraction des rayons X synchrotron de haute précision et analyse automatisée d'images par ordinateur. En comparant les structures du verre métallique (alliage) dans ses états cristallin amorphe et intermédiaire, l'équipe a découvert que les deux formes d'alliages partagent le même bloc de construction, qui est un amas de prismes trigonaux à six chaînons (6M-TTP) constitué d'atomes de palladium, nickel, et phosphore. L'équipe a également conclu que c'était la connectivité entre les amas qui distinguait les états cristallin et amorphe.
"Notre étude expérimentale montre que les briques structurelles reliant les états amorphe et cristallin, tels que l'amas de prismes trigonaux pour le verre métallique Pd-Ni-P, pourrait bien s'étendre à l'échelle de longueur moyenne, de l'ordre de la dizaine d'angströms (Å), ce qui pourrait être une caractéristique universelle pour les matériaux amorphes. Cette découverte suggère fortement que la structure du verre se différencie de son homologue cristallin principalement dans la connectivité des blocs de construction structurels, " a déclaré le professeur Wang.
Les chercheurs pensaient que la compréhension de la structure moléculaire du matériau amorphe était vitale pour la conception de nouveaux matériaux car la structure déterminait les propriétés. "Notre étude expérimentale a mis en lumière la structure des matériaux amorphes à des échelles de longueur étendues. Cela contribuera grandement à nos efforts pour comprendre la structure du verre, " a ajouté le professeur Wang.
