Los materiales que tienen una estructura desordenada sin un patrón repetitivo regular se describen como amorfos. Dichos materiales se pueden encontrar en la naturaleza y también tienen una variedad de aplicaciones en tecnología. Sin embargo, la naturaleza desordenada de estos materiales los hace más difíciles de caracterizar que las estructuras cristalinas.

Ahora, Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han demostrado que la estructura de una clase particular de líquidos y materiales amorfos, conocidos como formadores de vidrio tetraédricos, puede entenderse a partir de mediciones experimentales. Sus hallazgos fueron publicados en Avances de la ciencia .

Cuando un material cristalino dispersa rayos X o neutrones, produce un patrón bien definido como resultado de su estructura. A diferencia de, los patrones producidos por líquidos y materiales amorfos muestran picos amplios que no brindan el mismo grado de información. Sin embargo, líquidos y materiales amorfos que tienen tendencia a formar una red, como la sílice y el silicio, se sabe que exhiben una característica llamada el primer pico de difracción nítido (FSDP).

Se han presentado muchas teorías que relacionan las propiedades del FSDP con la estructura del material relacionado; sin embargo, todavía no existe un consenso aceptado sobre qué da lugar a estas características. Ahora, los investigadores han demostrado que el FSDP es el resultado de la naturaleza tetraédrica del orden local de los átomos en el líquido.

"La naturaleza covalente de la unión en los líquidos que estudiamos da como resultado un cierto grado de organización a nivel local, aunque el pedido no se extiende a un largo plazo, "explica el autor correspondiente del estudio, Hajime Tanaka." Nos centramos en la estructura de la unidad tetraédrica que se forma en los materiales, y como resultado han establecido un modelo que es capaz de respaldar una variedad de hallazgos experimentales ".

Los investigadores probaron su modelo de tetraedro utilizando datos experimentales y simulados para numerosos óxidos, haluro calcogenuro, y materiales monoatómicos en estado líquido o amorfo. Los hallazgos pudieron explicar el origen del FSDP, así como otros picos y características de mayor número de onda.

"Hemos mostrado evidencia directa de una estructura de dos estados en la que el orden y el desorden coexisten en la misma red formando líquido, "El primer autor Rui Shi explica." Esperamos que nuestros hallazgos conduzcan a una mejor comprensión de las propiedades de los líquidos y vidrios tetraédricos, y consecuentemente tener un impacto en áreas como las ciencias de la tierra y los materiales semiconductores ".

El vínculo directo entre los datos que pueden adquirirse utilizando técnicas estándar y la información estructural cuantitativa sobre el grado y rango del orden local demuestra la importancia práctica y el potencial del modelo presentado.