Mokslo ir technologijų pasaulis

Pagal apibrėžimą stiklas yra amorfinė medžiaga: jo atomai yra išsidėstę taip, kaip jiems patinka. Tačiau kuomet mokslininkai mažyčius metališkojo stiklo bandinius paveikė milžinišku slėgiu, paaiškėjo įdomus faktas: atomai ėmė ir suformavo tvarkią struktūrą – monokristalą.

Tai pirmasis kartas, kai tyrėjai aptinka šią stiklo savybę. Atradimas, aprašytas prestižiniame žurnale „Science“, keičia požiūrį į metališkojo stiklo atominę sandarą ir jo elgesį. Nors ši medžiaga jau ištisus dešimtmečius naudojama įvairiuose prietaisuose, pavyzdžiui, galios transformatoriuose, jos savybės nėra gerai suprastos. Kuo daugiau mokslininkai išsiaiškintų šios komerciškai svarbios medžiagos sandaros ypatumų, tuo efektyviau ją būtų galima panaudoti kuriant naujus prietaisus.

„Galbūt daugelis stiklo rūšių gali turėti tokią sandarą, mes tiesiog nežinojome, kaip bandyti ją atrasti“, – teisinasi straipsnio bendraautorė, mineralų fizikė Vendė Mao (Wendy Mao), dirbanti Stenfordo universitete ir Energijos departamento SLAC nacionalinėje greitintuvų laboratorijoje (JAV).

Pasak vieno Karinių oro pajėgų tyrimų laboratorijos Ohajuje (JAV) atstovo, nedalyvavusio tyrime, šis atradimas yra „išties puikus ir reikšmingas“. Jis ne tik leis tyrėjams kurti geresnes metališkųjų stiklų medžiagas, bet ir gali padėti paaiškinti, kodėl šios medžiagos yra tokios patvarios: jeigu kiekvienas stiklo gabaliukas yra monokristalas, vadinasi, jis neturi silpnų vietų kristalų sandūrose, kur paprastai prasideda korozija ir trūkiai.

Kitaip nei įprastinis langų stiklas, metališkieji stiklai yra metalų lydiniai – šiuo atveju kalba eina apie cerio ir aliuminio darinį. Jie atsparūs dėvėjimuisi ir korozijai, be to, pasižymi naudingomis magnetinėmis savybėmis. Kuomet jūs atidžiau patyrinėtumėte apsauginę etiketę, priklijuotą ant DVD dėklo, aptiktumėte ploną metališkojo stiklo plėvelę, primenančią aliuminio foliją. Kai nuomojatės ar perkate DVD diską, pardavėjas šią etiketę išmagnetina, todėl jūsų prekė nesukelia apsaugos sistemos reakcijos. Cerio – aliuminio stiklą paveikę 25 gigapaskalių slėgiu (tai sudaro apie 250 tūkstančių įprastinių atmosferos slėgių), tyrėjų komanda sukūrė monokristalą.

Nors mokslininkai metališkuosius stiklus tyrinėja jau pusę amžiaus, tik 1982 metais paaiškėjo, jog šios medžiagos nepasižymi tvarkia atomine sandara. Jų suformuojami tvarkūs dariniai siekiai vos kelis atomus, o tai visiškai neprimena kristalams būdingos tolimosios tvarkos.

„Stiklo sandara yra vis dar paslaptis, – teigia tyrimams vadovavęs Kvuašis Zengas (Qiaoshi Zeng) iš Žejango universiteto (Kinija). – Apie ją mes žinome labai mažai, nepaisant to fakto, jog stiklas yra plačiai naudojamas. Tyrinėti stiklo sandarą įprastinėmis priemonėmis yra nelengva“.

Kuomet K. Zengas kartu su kolegomis suslėgė metališkojo stiklo bandinius Argono nacionalinėje laboratorijoje (JAV), mokslininkai nesitikėjo aptikti tvarkios struktūros. Tyrėjus domino, kaip nagrinėjamos medžiagos elgiasi esant ekstremalioms sąlygoms. Visi bandiniai buvo paimti iš centimetro ilgio itin plonos metališkojo stiklo juostelės. Esant didžiuliam slėgiui, visų bandinių vidinė sandara iš stikliškosios perėjo į paviršiaus centruoto kubinio kristalo fazę.

Įdomu tai, kad visi kristalizuotų bandinių atomai išsirikiavo ta pačia kryptimi. Pasak tyrėjų, tai požymis, jog ši sandara būdinga visai stiklo juostelei, ir ji susidarė susiformavus stiklui.

Kaip teigia K. Žengas, ši aukšto slėgio technologija gali padėti pamatus monokristalinio stiklo gamybai. Be to, ji padeda geriau perprasti medžiagų atominę sandarą, nes susieja du visiškai skirtingus pavyzdžius: itin tvarkius monokristalus ir labai netvarkų stiklą.