Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio utilizaron cálculos de dinámica molecular para simular la capacidad de formación de vidrio de las mezclas metálicas. Muestran que incluso pequeños cambios en la composición pueden influir fuertemente en la probabilidad de que un material adopte un estado cristalino frente a un estado vítreo al enfriarse. Este trabajo puede conducir a una teoría universal de la formación de vidrio y más barata, más resistente, vidrio electroconductor.

Si tiene invitados importantes a cenar, podría poner su mesa con vasos de cristal costosos. Para los científicos sin embargo, el cristal y el vidrio son en realidad dos estados muy diferentes que un líquido puede asumir cuando se enfría. Un cristal tiene una estructura reticular tridimensional definida que se repite indefinidamente, mientras que el vidrio es un sólido amorfo que carece de orden de largo alcance. Las teorías actuales sobre la formación de vidrio no pueden predecir con precisión qué mezclas metálicas "vitrificarán" para formar un vidrio y cuáles cristalizarán. Un mejor, Una comprensión más completa de la formación de vidrio sería de gran ayuda al diseñar nuevas recetas para mecánicamente resistentes, materiales eléctricamente conductores.

Ahora, Los investigadores de la Universidad de Tokio han utilizado simulaciones por computadora de tres sistemas metálicos prototípicos para estudiar el proceso de formación del vidrio. "Descubrimos que la capacidad de un sistema multicomponente para formar un cristal, a diferencia de un vaso, puede verse afectado por ligeras modificaciones en la composición, ", dice el primer autor Yuan-Chao Hu.

Dicho simplemente, La formación de vidrio es la consecuencia de un material que evita la cristalización cuando se enfría. Esto bloquea a los átomos en un estado "congelado" antes de que puedan organizarse en su patrón de minimización de energía. Las simulaciones mostraron que un factor crítico que determinaba la velocidad de cristalización era la energía de la interfaz de cristal líquido.

Los investigadores también encontraron que los cambios en la composición elemental pueden conducir a ordenamientos atómicos locales que frustran el proceso de cristalización con arreglos incompatibles con la forma habitual del cristal. Específicamente, estas estructuras pueden evitar que los cristales diminutos actúen como "semillas" que nuclean el crecimiento de regiones ordenadas en la muestra. A diferencia de las explicaciones anteriores, los científicos determinaron que la diferencia de potencial químico entre las fases líquida y cristalina tiene solo un pequeño efecto sobre la formación del vidrio.

"Este trabajo representa un avance significativo en nuestra comprensión del mecanismo físico fundamental de la vitrificación, "El autor principal Hajime Tanaka dice." Los resultados de este proyecto también pueden ayudar a los fabricantes de vidrio a diseñar nuevos sistemas multicomponente que tengan ciertas propiedades deseadas, como la resiliencia, tenacidad y electroconductividad ".

El trabajo está publicado en Avances de la ciencia como "Origen físico de la formación de vidrio a partir de sistemas multicomponente".