Metallische Gläser: Fraktale verantwortlich für ungewöhnlich hohe Stabilität
„Gläser sind eigentlich immer amorph ohne jede regelmäßige Struktur“, sagt David Chen vom California Institute of Technology (Caltech). „Doch unsere Analyse zeigte nun, dass metallische Gläser ein spezifisches fraktales Muster aufweisen können.“ Zusammen mit Kollegen von der Stanford University und dem Carnegie Institute of Washington in Argonne führte Chen dazu zahlreiche Strukturanalysen an verschiedenen metallischen Gläsern durch. Dazu nutzten sie die Methode der Röntgenbeugung und verglichen die Ergebnisse mit komplexen molekulardynamischen Simulationen.
Ein metallisches Glas aus Kupfer, Zirkonium, Aluminium und Beryllium beispielsweise zeigte auf den ersten Blick nicht die geringste atomare Ordnung. Doch im Nahbereich direkt benachbarter Atome fanden sich Hinweise auf fraktale Strukturen. Chen und Kollegen machten dafür haufenartige Ansammlungen, sogenannte Perkolationscluster, im amorphen Material verantwortlich. Diese Cluster könnten sich bereits in einer flüssigen Metallschmelze bilden. Beim schockartigen Erstarren dieser Schmelze ließen sie sich quasi einfrieren und im festen metallischen Glas eng zusammenpressen.
Diese Studie bestätigt bereits vor wenigen Jahren geäußerte Vermutungen, dass fraktale Strukturen in metallischen Gläsern vorliegen könnten. Auf dieser Basis könnten nun die ungewöhnlichen Eigenschaften wie Härte, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit besser verstanden werden.