材料科学：アモルファス固体の三次元原子構造の決定

ガラス、プラスチック、アモルファス（非晶質）薄膜などのアモルファス固体は、日常生活の至る所に存在し、通信から電子機器や太陽電池まで、幅広く応用されている。しかし、アモルファスには長距離秩序がないため、アモルファス固体の三次元（3D）原子構造はいまだ実験的に直接決定できていない。今回我々は、新たな原子電子線トモグラフィー再構成法を開発し、アモルファス固体の3D原子配置を実験的に決定したことを報告する。我々は、原理証明として多成分ガラス形成合金を用い、3D原子配置の短距離秩序と中距離秩序を定量的に評価した。その結果、短距離秩序の3D原子充填は幾何学的に不規則だが、一部の短距離秩序構造が互いにつながり合って結晶様スーパークラスターを形成し、中距離秩序が生じていることが観察された。さらに、アモルファス試料中に共存している4種類の結晶様中距離秩序（面心立方、六方最密、体心立方、単純立方）が特定され、配向秩序ではなく並進秩序を持つことが明らかになった。これらの観察結果は、金属ガラスの効率的クラスター充填モデルの一般的枠組みを裏付ける直接的な実験的証拠を示している。我々は、今回の研究がさまざまなアモルファス固体の3D構造決定への道を開き、それによって非結晶材料と関連現象の根本的理解が変容する可能性があると予想する。

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