Le verre, qu'il soit utilisé pour isoler nos maisons ou comme écrans de nos ordinateurs et smartphones, est un matériau fondamental. Pourtant, malgré sa longue utilisation tout au long de l’histoire de l’humanité, la structure désordonnée de sa configuration atomique déconcerte toujours les scientifiques, ce qui rend difficile la compréhension et le contrôle de sa nature structurelle. Cela rend également difficile la conception de matériaux fonctionnels efficaces à base de verre.
Pour en savoir plus sur la régularité structurelle cachée dans les matériaux vitreux, un groupe de recherche s'est concentré sur les formes d'anneaux dans les réseaux de verre liés chimiquement. Le groupe, qui comprenait le professeur Motoki Shiga du centre d'analyse de données sans précédent de l'université de Tohoku, a créé de nouvelles façons de quantifier la structure tridimensionnelle et les symétries structurelles des anneaux :« rondeur » et « rugosité ».
L'utilisation de ces indicateurs a permis au groupe de déterminer le nombre exact de formes d'anneaux représentatives dans la silice cristalline et vitreuse (SiO2 ), trouvant un mélange d'anneaux uniques au verre et d'autres qui ressemblaient aux anneaux des cristaux.
De plus, les chercheurs ont développé une technique pour mesurer les densités atomiques spatiales autour des anneaux en déterminant la direction de chaque anneau. L'étude est publiée dans la revue Communications Materials .
Ils ont révélé qu'il existe une anisotropie autour de l'anneau, c'est-à-dire que la régulation de la configuration atomique n'est pas uniforme dans toutes les directions, et que l'ordre structurel lié à l'anisotropie provoquée par l'anneau est cohérent avec les preuves expérimentales, comme les données de diffraction de SiO2 . Il a également été révélé qu'il y avait des zones spécifiques où l'arrangement atomique suivait un certain degré d'ordre ou de régularité, même s'il semblait être un arrangement discordant et chaotique d'atomes dans la silice vitreuse.
"L'unité structurelle et l'ordre structurel au-delà de la liaison chimique ont longtemps été supposés grâce à des observations expérimentales, mais leur identification a jusqu'à présent échappé aux scientifiques", explique Shiga. "De plus, notre analyse réussie contribue à la compréhension des transitions de phase, telles que la vitrification et la cristallisation des matériaux, et fournit les descriptions mathématiques nécessaires au contrôle des structures et des propriétés des matériaux."
À l'avenir, Shiga et ses collègues utiliseront ces techniques pour élaborer des procédures d'exploration des matériaux en verre, des procédures basées sur des approches basées sur les données telles que l'apprentissage automatique et l'IA.
Plus d'informations : Motoki Shiga et al, Anisotropie d'origine annulaire de l'ordre structurel local dans le dioxyde de silicium amorphe et cristallin, Matériaux de communication (2023). DOI : 10.1038/s43246-023-00416-w
Fourni par l'Université du Tohoku
