Ученые провели самые точные на сегодняшний день исследования процесса образования аморфного твердого вещества из переохлажденного расплавленного металла. Оказалось, что такой переход происходит неоднородно: некоторые участки вещества слипаются и в таком же виде оказываются в стекле, в то время как радом с ними находится очень подвижное вещество. Статья с результатами опубликована в журнале Nature Communications.

Человек давно использует стекла, то есть вещества в твердом аморфном состоянии. Наиболее известно стекло из диоксида кремния, получаемое путем плавки песка. Однако в последние годы все чаще (особенно часто — в медицине) применяются металлические стекла, полностью состоящие из атомов металлов, которые в большинстве случае в подобных условиях образуют регулярную кристаллическую решетку. До сих пор создание металлических стекол во многим опирается на метод проб и ошибок из-за отсутствия полноценной теории.

В новой работе ученые выяснили, как во время образования стекла атомы меняют свое положение относительно друг друга при различных температурах.

«Процесс стеклования и процесс кристаллизации конкурируют друг с другом, — поясняет Пол Войлес из американского Висконсинского университета в Мадисоне. — Кто окажется победителем, то есть определит конечный продукт [реакции], зависит от быстроты явления».

При высоких температурах все атомы движутся быстро. Ради упрощения ученые считали, что при охлаждении все они замедляются с одинаковым темпом, однако в исследовании было показано, что это не так. Оказалось, что для атомов в различных местах время полной остановки может различаться на порядок.

«Некоторые нанометровые области образуются рано и держатся рядом с соседними долгое время, в то время как между такими областями атомы двигаются с очень большими скоростями, — говорит Войлес. — Их скорости продолжают оставаться в десять раз больше, чем в других областях, пока неподвижные области не вырастают до достаточно большого размера».

В рамках продолжения работы авторы надеются разобраться в том, какие конкретные места атомы занимают в частях твердеющего вещества с разными свойствами.