В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Materials, исследователи из Института промышленных наук, Токийского университета, Университета Фудань, Пекинского университета и сотрудничающих институтов провели экспериментальные и вычислительные исследования быстрого роста кристаллов в условиях глубокого переохлаждения. Их работа дает критическое представление о механизме быстрого роста кристаллов при сверхнизких температурах, внося свой вклад во многие технологические приложения, повышая стабильность стекла или производя высококачественные кристаллы.
"Рост кристаллов в очках – сложная проблема, существующая десятилетиями. Как структуры-предшественники преодолевают беспорядок в жидкой фазе и собираются в кристаллы, остается спорным, – говорит Пэн Тан, соавтор.
Ключ к быстрому росту кристаллов, выявленный в результате моделирования и экспериментов, заключается в том, что границы раздела твердое тело-жидкость в переохлажденных жидкостях являются толстыми и шероховатыми. Большая площадь контакта между упорядоченными островками и окружающей неупорядоченной жидкостью помогает разрушить беспорядок и способствует быстрому росту кристаллов.
«Другой ключевой результат заключается в том, что неупорядоченное состояние по своей природе нестабильно механически, что приводит к цепной реакции роста кристаллов, подобной домино», – объясняет Хадзиме Танака, соавтор. "Этому способствует способность вновь образованных несовершенно упорядоченных областей кристалла переупорядочивать и тем самым предотвращать накопление беспорядка."
Как исследователи могут использовать эти знания?
Можно способствовать росту кристаллов, увеличив способность переохлажденной жидкости образовывать структуры-предшественники и перестраиваться из неоптимизированного упорядочения. Танака, Тан, Сюй и его коллеги с оптимизмом смотрят на то, что исследователи воспользуются этими знаниями, чтобы выяснить, какие материалы обладают необходимыми свойствами для повышения стабильности стекла или формирования высококачественных кристаллов.
При дальнейшем развитии появятся четкие приложения к сверхстабильным стеклам и почти идеальным кристаллам.