Учёные MIT обнаружили скрытый атомный порядок в металлах

Исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что в металлических сплавах сохраняются тонкие химические паттерны даже после интенсивной промышленной обработки. Это открытие опровергает существовавшие десятилетиями представления о том, что атомы в металлах можно полностью перемешать.

Компьютерная симуляция показывает металлический сплав, где атомы (цветные сферы) расположены в тонких химических паттернах под сеткой дислокаций (зелёные линии). Эти запутанные дефекты движутся во время обработки и помогают создавать неравновесный атомный порядок, обнаруженный командой MIT. Автор: Массачусетский технологический институт

В статье, опубликованной в Nature Communications, учёные описывают, как они отслеживали эти паттерны и обнаружили физику, объясняющую их существование. Исследователи также разработали простую модель для прогнозирования химических паттернов в металлах.

«Вывод таков: вы никогда не сможете полностью рандомизировать атомы в металле. Неважно, как вы его обрабатываете», — говорит ведущий исследователь Фрейтас.

Команда использовала методы машинного обучения для отслеживания миллионов атомов, перемещающихся и перестраивающихся в условиях, имитирующих металлообработку. К удивлению учёных, сплавы никогда не достигали полностью случайного состояния.

Исследователи обнаружили не только стандартные химические расположения в обработанных металлах, но и совершенно новые химические паттерны, никогда ранее не наблюдавшиеся вне производственных процессов. Эти паттерны они назвали «далёкими от равновесия состояниями».

Учёные выяснили, что дефекты, известные как дислокации, имеют химические предпочтения, которые направляют их движение, что приводит не к случайности, а к тонким паттернам.

«Эти дефекты ищут пути с низкой энергией, поэтому, имея выбор между разрывом химических связей, они склонны разрывать самые слабые связи, и это не полностью случайно», — объясняет Фрейтас.

Открытие может иметь важное значение для аэрокосмической промышленности, полупроводников, ядерных реакторов и других областей, где требуются оптимизированные сплавы с определёнными свойствами.

Больше информации: Mahmudul Islam et al, Nonequilibrium chemical short-range order in metallic alloys, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64733-z