Les matériaux à l’état vitreux sont partout dans nos vies et contribuent à l’humanité depuis de nombreuses années. Aujourd’hui, ils jouent un rôle essentiel dans diverses technologies, y compris les fibres optiques. Bien que nous pensons que le verre est très stable, il cristallise parfois, entraînant une perte de transparence et d’isotropie, caractéristiques essentielles du verre, ce qui a été un problème vital dans les programs industrielles. La raison pour laquelle la cristallisation se produit à l’état solide avec presque aucun mouvement moléculaire a été un grand mystère. Sa compréhension peut aider à prévenir ou à optimiser la croissance des cristaux lors d’une surfusion profonde.



Dans une étude récemment publiée dans Character Resources, des chercheurs de l’Institut des sciences industrielles, de l’Université de Tokyo, de l’Université Fudan, de l’Université de Pékin et d’institutions collaboratrices ont mené des études expérimentales et informatiques sur la croissance rapide des cristaux sous surfusion profonde. Leurs travaux fournissent un aperçu critique du mécanisme de croissance rapide des cristaux à des températures ultra-basses, contribuant à de nombreuses programs technologiques en améliorant la stabilité du verre ou en produisant des cristaux de haute qualité.

« La croissance des cristaux dans les verres est un problème complexe vieux de plusieurs décennies. Remark les buildings précurseurs surmontent le désordre dans la phase liquide pour s’organiser en cristaux reste controversée », déclare Peng Tan, co-auteur principal.



Une clé de la croissance rapide des cristaux révélée par des simulations et des expériences est que les interfaces solide-liquide dans les liquides surfondus sont épaisses et rugueuses. La grande zone de contact entre les îles ordonnées et le liquide désordonné environnant aide à briser le désordre et facilite la croissance rapide des cristaux.

« Un autre résultat clé est que l’état désordonné est intrinsèquement instable mécaniquement, conduisant à une réaction en chaîne de style domino de la croissance cristalline », explique Hajime Tanaka, co-auteur principal. « Ceci est facilité par la capacité des régions nouvellement formées imparfaitement ordonnées du cristal à se réorganiser et, ce faisant, à empêcher l’accumulation de désordre. »

Remark les chercheurs peuvent-ils utiliser ces connaissances ? On peut favoriser la croissance cristalline en améliorant la capacité d’un liquide surfondu à développer des constructions précurseurs et à se réorganiser à partir d’un ordre sous-optimisé. Tanaka, Tan, Xu et leurs collègues sont optimistes quant au fait que les chercheurs utiliseront ces informations pour déterminer quels matériaux présentent les propriétés nécessaires pour une stabilité accrue du verre ou une development de cristaux de haute qualité. Avec le développement ultérieur, il existe des apps claires aux verres ultrastables et aux cristaux presque parfaits.