(a) Las bolas rojas son átomos de Pd y Ni, mientras que las bolas azules representan átomos de P. El poliedro de color naranja representa el pequeño grupo enriquecido con Pd, y el poliedro de color azul representa el pequeño grupo enriquecido con Ni. Solo se muestra una parte de los pequeños grupos para aclarar. (B). Diagramas esquemáticos que muestran la construcción del clúster 6M-TTP mediante el esquema de uso compartido de bordes. Crédito:Lan, S., Zhu, L., Wu, Z. et al. / Número DOI:10.1038 / s41563-021-01011-5
El vidrio es uno de los materiales más comunes que usamos todos los días, pero la estructura detallada de este material no metálico y no líquido siempre ha sido un gran misterio en la ciencia. Un equipo de investigación codirigido por científicos de la City University of Hong Kong (CityU) ha descubierto con éxito que el vidrio metálico amorfo y el cristalino tienen los mismos componentes estructurales. Y es la conectividad entre estos bloques lo que distingue los estados cristalino y amorfo del material. Los hallazgos arrojan luz sobre la comprensión de la estructura del vidrio.
El vidrio es un sólido amorfo no cristalino que tiene un uso práctico y tecnológico generalizado en la vida diaria. Además del vidrio de cal sodada que se usa en las ventanas, hay muchos otros tipos de vidrios como el vidrio metálico. El material de la fase vítrea es misterioso y especial:en el exterior, el material se comporta como un sólido, pero por dentro parece tan desordenado como un líquido. Por eso, su estructura ha sido durante mucho tiempo el foco de la investigación científica.
Un equipo de investigación codirigido por el profesor Wang Xunli, Catedrático de Física y Jefe del Departamento de Física de CityU, ha descubierto un vínculo estructural entre un sólido de vidrio y su contraparte cristalina, que es un gran avance en la comprensión de la estructura detallada del material amorfo. El trabajo fue publicado en Materiales de la naturaleza , titulado "Un motivo de estructura de rango medio que une el estado amorfo y cristalino".
"La estructura del vidrio ha sido un gran desafío científico, "dijo el profesor Wang.
Dr. Lan Si (derecha) y Wu Zhenduo (centro), co-primeros autores del artículo, hacer los ajustes finales en un experimento de difracción de rayos X de sincrotrón en Advanced Photon Source, Laboratorio Nacional Argonne. Crédito:Profesor Wang Xunli
A diferencia de un sólido cristalino que consiste en el apilamiento periódico (orden de largo alcance) de bloques de construcción fundamentales conocidos como celdas unitarias, un material de vidrio no tiene un orden de largo alcance. Pero un material de vidrio tiene estructuras ordenadas a corto alcance (2 -5 Å) y rango medio (5 -20 A), e incluso escalas de mayor longitud. Sin embargo, debido a la falta de contraste resultante de la naturaleza amorfa del material, fue difícil para los científicos determinar experimentalmente la naturaleza del orden de rango medio. Como resultado, Seguía siendo un misterio científico si existe algún vínculo estructural en escalas de rango medio o largo entre el material amorfo y sus homólogos cristalinos. Lo que agrava aún más el problema es que un material amorfo a menudo cristaliza en una fase de diferente composición, con bloques de construcción estructurales subyacentes muy diferentes.
Para superar este desafío, el equipo capturó una fase cristalina intermedia mediante el control preciso del calentamiento de un vidrio metálico (una aleación de paladio-níquel-fósforo (Pd-Ni-P)) a alta temperatura.
Posteriormente, el equipo empleó diferentes técnicas avanzadas de análisis de estructuras, incluyendo microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, difracción de rayos X sincrotrón de alta precisión y análisis automatizado de imágenes por computadora. Comparando las estructuras del vidrio metálico (aleación) en sus estados amorfo e intermedio cristalino, el equipo descubrió que ambas formas de las aleaciones comparten el mismo bloque de construcción, que es un cúmulo de prismas trigonales tricapeados de seis miembros (6M-TTP) que consta de átomos de paladio, níquel, y fósforo. El equipo también concluyó que era la conectividad entre los grupos lo que distingue los estados cristalino y amorfo.
"Nuestro estudio experimental muestra que los bloques de construcción estructurales que unen los estados amorfo y cristalino, como el grupo de prismas trigonales para vidrio metálico Pd-Ni-P, bien podría extenderse a la escala de longitud de rango medio, del orden de decenas de angstroms (Å), que podría ser una característica universal para materiales amorfos. Este hallazgo sugiere fuertemente que la estructura del vidrio se diferencia de su contraparte cristalina principalmente en la conectividad de los bloques de construcción estructurales. "dijo el profesor Wang.
Los investigadores creían que comprender la estructura molecular del material amorfo era vital para el diseño de nuevos materiales porque la estructura determinaba las propiedades. "Nuestro estudio experimental arrojó luz sobre la estructura de los materiales amorfos en escalas de longitud extendida. Esto contribuirá en gran medida a nuestros esfuerzos por descubrir la estructura del vidrio, "Añadió el profesor Wang.
