As simulações mostram que os vidros metálicos a granel não têm estruturas semelhantes de escalas de comprimento atômico a intermediário, como se acreditava anteriormente. Na figura de uma simulação, as bolas rosa e azul representam átomos de níquel e fósforo em um vidro metálico a granel. Crédito:Departamento de Energia dos EUA
Mais forte que o aço, mas facilmente fabricado, Os vidros metálicos a granel são metais que carecem de uma estrutura cristalina atômica ordenada. O mistério de como os átomos são embalados nesses vidros foi estudado por décadas. Agora, recentes experimentos de computador resolveram um debate sobre o empacotamento atômico em uma variedade de escalas de comprimento. As simulações revelaram que a estrutura em várias escalas de comprimento não é semelhante.
A elucidação do empacotamento atômico esclarece um antigo debate sobre a estrutura dos vidros metálicos em massa. Os resultados aumentam nossa compreensão das propriedades desses vidros e de outros sólidos ordenados aleatoriamente. Por exemplo, o trabalho explica melhor as principais características, como a forma como o vidro metálico muda as propriedades com a temperatura, e como ele reage ao estresse. Também, este trabalho beneficia cientistas que trabalham para projetar vidros metálicos de alta resistência.
Os vidros metálicos a granel são uma classe de metais que carece de uma estrutura cristalina ordenada. Esse recurso leva a propriedades exclusivas, mas também resulta em grande variabilidade de propriedades que não é previsível. Também, a falta de ordem geralmente leva a uma baixa resistência a impactos bruscos (baixa tenacidade). Está bem estabelecido que esses materiais possuem ordem local em escalas de comprimento atômico, mas como essa ordem se manifesta em escalas maiores de "alcance médio" é uma área de investigação contínua. Uma teoria é que o empacotamento atômico é "fractal"; isso é, as estruturas / aglomerados de átomos são semelhantes em uma variedade de escalas de comprimento (muito parecido com um pequeno riacho na lama tem a mesma estrutura que o enorme delta do rio Mississippi).
Entender precisamente como essa ordem pode ser descrita é importante para prever propriedades e estabelecer novas direções para permitir o projeto do comportamento físico e mecânico dos vidros metálicos. Neste estudo, os pesquisadores realizaram simulações de computador atômico em grande escala de uma variedade de composições de ligas de vidro metálico para fazer medições precisas tanto da separação de átomos individuais quanto da separação de aglomerados. A realização desta análise com um conjunto tão grande de dados de simulação permitiu medições em uma faixa maior de escalas de comprimento. Revelou que a embalagem não era fractal.
Os novos resultados também apontaram desafios inerentes a conclusões sobre a estrutura atômica desses sistemas multicomponentes usando experimentos baseados em espalhamento. Os resultados ilustraram recursos associados à deformação uniforme que podem guiar análises futuras. Avançar, os pesquisadores categorizaram em que nível as pequenas unidades estruturais estavam conectadas, o que ajudará a preparar o terreno para uma análise mais aprofundada do comportamento incomum de vidros metálicos a granel.