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Le point de vue atomique du vieillissement dans un verre métallique

Faits marquants

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le 2 février 2016 /

V. M. Giordano, du groupe (nano)matériaux pour l’énergie de l’ILM, en collaboration avec B. Ruta de l’ESRF, a employé des techniques avancées de radiation de synchrotron pour relier directement pour la première fois les réarrangements atomiques à la dynamique atomique dans un verre métallique et ainsi comprendre les mécanismes à l’origine du vieillissement dans ces systèmes.

Les verres métalliques sont renommés pour leurs exceptionnelles propriétés thermiques, mécaniques et chimiques, qui en font des matériaux prometteurs pour plusieurs applications technologiques dans des domaines très différents, comme la médicine, l’énergie renouvelable, l’ingénierie mécanique.  Malheureusement, leur emploi à grande échelle est encore très limité, du fait de leur instabilité dans le temps à cause du vieillissement.
Grace à la combinaison de techniques de synchrotron dynamiques (Spectroscopie de corrélation des photons x) et structurales (diffraction des rayons x à haute resolution), il a été possible pour la première fois de relier les réarrangements microscopiques à la dynamique atomique dans les verres métalliques, et gagner ainsi une panoramique de leur complexité au niveau atomique.
Spécifiquement, plusieurs régimes de vieillissement ont été récemment découverts à l’échelle atomique dans ces verres, alors qu’à l’échelle macroscopique on retrouve un vieillissement continu, et ce travail a permis de comprendre quels mécanismes microscopiques en sont responsables.
Un premier vieillissement très rapide semble être relié à des réarrangements qui visent à relâcher les stress résiduels dus aux inhomogénéités de densité, à travers un mécanisme de relaxation à avalanches. Une fois ceux-ci annihilés, à l’échelle atomique le vieillissement s’arrête (tout en continuant à l’échelle macroscopique), et il n’y a que des réarrangements qui n’affectent pas la densité mais augmentent l’ordre à moyenne échelle, préparant la cristallisation. La transition d’un régime à l’autre est probablement le mécanisme microscopique subjacent une transition de ductile a cassant.
Ce travail a été publié par Nature Communications, avec le titre  "Unveiling the structural arrangements responsible for the atomic dynamics in metallic glasses during physical aging" [Doi: 10.1038/ncomms10344].
Legende de la figure: Evolution temporelle de la dynamique atomique mesurée par Spectroscopie de corrélation de photons x. Pendant le vieillissement rapide, la dynamique ralentit dans le temps, ce qui correspond à l’élargissement de la diagonale rouge, à cause d’une densification (sketch). Quand il n’y a plus de vieillissement (inset), la dynamique est stationnaire et les réarrangements atomiques ne changent plus la densité.

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