Relaxation processes in Cu-Zr metallic glasses by molecular dynamics simulations

Παρουσιάζουμε αποτελέσματα προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής σχετικά με τις διαδικασίες εφησυχασμών που συμβαίνουν στη Μεταλλική Ύαλο Cu₆₅Zr₃₅ σε κατάσταση ηρεμίας, κατά τη διάρκεια της εφελκυστικής τάσης, καθώς και την απελευθέρωση τάσης που λαμβάνει χώρα όταν το υλικό αυτό είναι υπό σταθερή πίεση. Η μελέτη περιλαμβάνει μια διεξοδική ανάλυση των θερμοδυναμικών, δομικών και δυναμικών ιδιοτήτων αυτού του συστήματος. Βρήκαμε έναν δονητικό τρόπο των ατομικών κινήσεων που λαμβάνει χώρα σε ιδιαίτερα τοπικές περιοχές που χαρακτηρίζονται από την υψηλή τους κινητικότητα και τη χαμηλή τοπική πυκνότητα και αποτελούνται κυρίως από χαλαρά συσσωρευμένες ομάδες ατόμων. Ο δονητικός αυτός τρόπος έχει μια συχνότητα που ουσιαστικά είναι ανεξάρτητη τόσο από τη θερμοκρασία όσο και από την εφαρμοζόμενη ένταση. Ωστόσο, οι περιοχές όπου εντοπίζονται τα ταλαντευόμενα άτομα αυξάνονται με τη θερμοκρασία και την εφαρμοζόμενη ένταση. Υποστηρίζεται ότι οι κινήσεις αυτές αποτελούν τις «γρήγορες διαδικασίες» που βρίσκονται μεταξύ της χαλάρωσης β και της κορυφής του Boson στο χαρακτηριστικό φάσμα των δυναμικών τρόπων λειτουργίας στα γυαλιά. Επιπλέον, διαπιστώσαμε ότι η ύαλος αυτή παρουσίασε μια χαρακτηριστική ενδοθερμική απόκριση κατά τον εφελκυσμό η οποία δεν έχει αναφερθεί προηγουμένως. Η μελέτη αυτής της απόκρισης και η εξέλιξή της κατά τη διέγερση δείχνει την παρουσία διαδικασιών γήρανσης και αναζωογόνησης και οριοθετεί τα διαφορετικά στάδια στα οποία κυριαρχεί η καθεμία από αυτές τις διεργασίες στο γυαλί μας. Συμπεραίνεται ότι οι γρήγορες διεργασίες είναι πρόδρομοι του τρόπου β και θα μπορούσαν να θεωρηθούν ως παράγοντες πρόβλεψης της χωρικής προέλευσης των ζωνών μετασχηματισμού διάτμησης που διέπουν την έναρξη της πλαστικής ροής. Περαιτέρω, κατά την διάρκεια της διαδικασίας χαλάρωσης του στρες που συμβαίνει όταν το γυαλί υποβάλλεται σε σταθερή τάση, η θέση των ταλαντευόμενων ατόμων συμπίπτει με τις ετερογενείς περιοχές όπου απελευθερώνεται το μεγαλύτερο μέρος του στρες και της ενέργειας του συστήματος και επομένως δρουν ως διαμεσολαβητές στρες των μεταλλικών γυαλιών. Αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα για την κατανόηση του σύνθετου φάσματος χαλάρωσης των μεταλλικών γυαλιών και να παρέχουν μια καλύτερη εικόνα της περίπλοκης δυναμικής χαλάρωσης που χαρακτηρίζει αυτά τα υλικά, ειδικά στην περιοχή υψηλότερων συχνοτήτων. Επιπλέον, τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται εδώ έχουν σημαντικές συνέπειες στις μακροσκοπικές ιδιότητες των μεταλλικών γυαλιών, όπως η ολκιμότητα, η ευθραυστότητα και το κάταγμα της σκληρότητας. Αποδεικνύεται λοιπόν ότι η κατανόηση της δομικής και δυναμικής συμπεριφοράς των MG κατά τη διάρκεια αυτών των διαδικασιών χαλάρωσης είναι ζωτικής σημασίας για τον ενδεχόμενο έλεγχο και βελτίωση των ιδιοτήτων τους.