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Intermittent cluster dynamics and temporal fractional diffusion in a bulk metallic glass

  • Glassy solids evolve towards lower-energy structural states by physical aging. This can be characterized by structural relaxation times, the assessment of which is essential for understanding the glass’ time-dependent property changes. Conducted over short times, a continuous increase of relaxation times with time is seen, suggesting a time-dependent dissipative transport mechanism. By focusing on micro-structural rearrangements at the atomic-scale, we demonstrate the emergence of sub-diffusive anomalous transport and therefore temporal fractional diffusion in a metallic glass, which we track via coherent x-ray scattering conducted over more than 300,000 s. At the longest probed decorrelation times, a transition from classical stretched exponential to a power-law behavior occurs, which in concert with atomistic simulations reveals collective and intermittent atomic motion. Our observations give a physical basis for classical stretched exponential relaxation behavior, uncover a newGlassy solids evolve towards lower-energy structural states by physical aging. This can be characterized by structural relaxation times, the assessment of which is essential for understanding the glass’ time-dependent property changes. Conducted over short times, a continuous increase of relaxation times with time is seen, suggesting a time-dependent dissipative transport mechanism. By focusing on micro-structural rearrangements at the atomic-scale, we demonstrate the emergence of sub-diffusive anomalous transport and therefore temporal fractional diffusion in a metallic glass, which we track via coherent x-ray scattering conducted over more than 300,000 s. At the longest probed decorrelation times, a transition from classical stretched exponential to a power-law behavior occurs, which in concert with atomistic simulations reveals collective and intermittent atomic motion. Our observations give a physical basis for classical stretched exponential relaxation behavior, uncover a new power-law governed collective transport regime for metallic glasses at long and practically relevant time-scales, and demonstrate a rich and highly non-monotonous aging response in a glassy solid, thereby challenging the common framework of homogeneous aging and atomic scale diffusion.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Birte RiechersORCiD, Amlan Das, Eric DufresneORCiD, Peter M. DerletORCiD, Robert MaaßORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Nature Communications
Jahr der Erstveröffentlichung:2024
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.0 Abteilungsleitung und andere
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Springer Science and Business Media LLC
Jahrgang/Band:15
Ausgabe/Heft:1
Aufsatznummer:6595
Erste Seite:1
Letzte Seite:9
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Coherent x-ray scattering; Fractional diffusion; Glassy solids
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1038/s41467-024-50758-3
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-608015
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:12.08.2024
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:12.08.2024
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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