Le verre est de nature amorphe - sa structure atomique n'implique pas l'arrangement répétitif observé dans les matériaux cristallins. Mais occasionnellement, il subit un processus appelé dévitrification, qui est la transformation d'un verre en cristal, un processus souvent indésirable dans les industries. La dynamique de la dévitrification reste mal comprise car le processus peut être extrêmement lent, couvrant des décennies ou plus.

Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par Rajesh Ganapathy, Professeur associé au Jawaharlal Nehru Center for Advanced Scientific Research (JNCASR), en collaboration avec Ajay Sood, Chaire DST Year of Science et professeur à l'Indian Institute of Science (IISc), et leur doctorat L'étudiante Divya Ganapathi (IISc) a visualisé la dévitrification pour la première fois expérimentalement. Les résultats de cette étude ont été publiés dans Physique de la nature .

"L'astuce consistait à travailler avec un verre composé de particules colloïdales. Puisque chaque particule colloïdale peut être considérée comme un substitut à un seul atome, mais étant dix mille fois plus gros que l'atome, sa dynamique peut être observée en temps réel avec un microscope optique. Aussi, pour accélérer le processus, nous avons modifié l'interaction entre les particules afin qu'elle soit douce et que des réarrangements dans le verre se produisent fréquemment, " dit Divya Ganapathi.

Pour faire un verre, Divya Ganapathi et l'équipe ont coincé les colloïdes ensemble pour atteindre des densités élevées. Les chercheurs ont observé différentes régions du verre suivant deux voies de cristallisation :une voie avalancheuse impliquant des réarrangements rapides dans la structure, et une voie de croissance en douceur avec des réarrangements se produisant progressivement au fil du temps.

Pour mieux comprendre ces découvertes, les chercheurs ont ensuite utilisé des méthodes d'apprentissage automatique pour déterminer s'il y avait une caractéristique structurelle subtile cachée dans le verre qui a priori décide quelles régions se cristalliseront plus tard et par quelle voie. Bien que le verre soit en désordre, le modèle d'apprentissage automatique a pu identifier une caractéristique structurelle appelée « douceur » qui avait précédemment été trouvée pour décider quelles particules dans le verre se réarrangent et lesquelles ne se réarrangent pas.

Les chercheurs ont ensuite découvert que les régions du verre qui avaient des amas de particules avec de grandes valeurs de « douceur » étaient celles qui se sont cristallisées et que la « douceur » était également sensible à la voie de cristallisation. La découverte la plus frappante de l'étude est peut-être que les auteurs ont alimenté leurs images de modèle d'apprentissage automatique d'un verre colloïdal et que le modèle a prédit avec précision les régions qui se sont cristallisées des jours à l'avance. « Cela ouvre la voie à une technique puissante pour identifier et régler la « douceur » bien à l'avance et éviter la dévitrification, " dit Ajay Sood.

Comprendre la dévitrification est crucial dans des domaines comme l'industrie pharmaceutique, qui s'efforce de produire des médicaments amorphes stables car ils se dissolvent plus rapidement dans le corps que leurs homologues cristallins. Même les déchets nucléaires liquides sont vitrifiés sous forme solide dans une matrice de verre pour les éliminer en toute sécurité dans les profondeurs du sous-sol et empêcher les matières dangereuses de s'infiltrer dans l'environnement.

Les auteurs pensent que cette étude est un pas en avant significatif dans la compréhension du lien entre la structure sous-jacente et la stabilité du verre. "C'est vraiment cool qu'un algorithme d'apprentissage automatique puisse prédire où le verre va cristalliser et où il va rester vitreux. Cela pourrait être la première étape pour concevoir des lunettes plus stables comme le verre de gorille sur les téléphones portables, qui est omniprésent dans la technologie moderne, " dit Rajesh Ganapathy. La capacité de manipuler les paramètres structurels pourrait ouvrir la voie à de nouvelles façons de réaliser des états vitreux à longue durée de vie technologiquement significatifs.