东京大学的科学家们利用计算机模拟元素组成对金属混合物形成玻璃能力的影响，这可能制成坚固的导电玻璃。图片来源：Institute of Industrial Science, the University of Tokyo
东京大学工业科学研究所的研究人员使用分子动力学计算来模拟金属混合物形成玻璃的能力。他们表明，即使成分上的微小变化也会对材料在冷却时呈现出晶体态和玻璃态的可能性产生强烈影响。这项工作可能研究出更便宜，更有弹性的导电玻璃。
如果有重要的客人来吃饭，你可能会在桌子上摆上昂贵的水晶玻璃杯。但对科学家来说，晶体和玻璃实际上是液体在冷却时可能采取的两种截然不同的状态。晶体有一个确定的无限重复的三维晶格结构，而玻璃是一种无秩序的无定形固体。目前关于玻璃形成的理论不能准确地预测哪种金属混合物会“玻璃化”，哪种会结晶。更完善、全面地了解玻璃的形成，将对设计坚韧、导电材料的新配方有很大帮助。
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现在，东京大学的研究人员利用计算机模拟了三个原型金属系统来研究玻璃的形成过程。第一作者Yuan-Chao Hu 说：“我们发现了多组分体系形成晶体的能力，只要成分稍有变化就会被破坏，与玻璃恰恰相反。”
简单地说，玻璃的形成是材料在冷却时避免结晶的结果。这让原子在把自己形成能量最小化的模式之前锁在一个“冻结”的状态。模拟结果表明，“液晶界面能”是决定结晶速率的一个关键因素。
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研究人员还发现，元素组成的变化会导致局部原子顺序的改变，从而阻碍晶体的结晶过程，使其排列与晶体通常的形式不相容。具体来说，这些结构可以阻止微小的晶体作为晶种，在样品中有序成核区域生长。与之前的解释相反，科学家们确定液相和晶体之间的化学电位差对玻璃的形成只有很小的影响。
这项工作代表了我们对玻璃化基本物理机制理解上的一个重大进展。项目结果也可能帮助玻璃制造商设计新的多组分系统，这些系统具有某些期望的性能，如回弹、韧性和电导率。
这项研究发表在《科学进展》杂志上，名为《多组分系统玻璃形成的物理起源》。
文章来源：东京大学
翻译：曾欣欣
翻译：董子晨曦
引进来源：物理学家组织网
本文来自：中国数字科技馆
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