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Atomic-scale strain fluctuations as an origin for elastic microstructures in metallic glasses

  • Metallic glasses (MGs) exhibit an elastic microstructure that spans from a few to hundreds of nanometers, the origin of which continues to remain poorly understood. Here we employ four-dimensional scanning transmission electron microscopy (4D-STEM) on a Zr65Cu25Al10 (at. %) bulk MG. Mapping local diffraction patterns over representative areas also probed elastically with automated nanoindentation, two comparable correlation length scales have been identified. Specifically, local diffraction patterns are analyzed with respect to their ellipticity, revealing systematic fluctuations between positive and negative volumetric strains. A power spectrum analysis of the strain fluctuations returns a dominant length scale of the order of 100 nm, which is very much compatible with what elastic property mapping indicates. Annealing reduces the magnitude of the statistical strain fluctuations, without strongly affecting the associated fluctuation length scale. These findings demonstrate thatMetallic glasses (MGs) exhibit an elastic microstructure that spans from a few to hundreds of nanometers, the origin of which continues to remain poorly understood. Here we employ four-dimensional scanning transmission electron microscopy (4D-STEM) on a Zr65Cu25Al10 (at. %) bulk MG. Mapping local diffraction patterns over representative areas also probed elastically with automated nanoindentation, two comparable correlation length scales have been identified. Specifically, local diffraction patterns are analyzed with respect to their ellipticity, revealing systematic fluctuations between positive and negative volumetric strains. A power spectrum analysis of the strain fluctuations returns a dominant length scale of the order of 100 nm, which is very much compatible with what elastic property mapping indicates. Annealing reduces the magnitude of the statistical strain fluctuations, without strongly affecting the associated fluctuation length scale. These findings demonstrate that atomic-scale strains are very likely the origin of the structurally unexpected large elastic fluctuations obtained in nanoscale contact mechanics experiments.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Reza RashidiORCiD, Olivia VaerstORCiD, Birte RiechersORCiD, Harald RösnerORCiD, Gerhard WildeORCiD, Robert MaaßORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Acta Materialia
Jahr der Erstveröffentlichung:2026
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.0 Abteilungsleitung und andere
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier Inc.
Jahrgang/Band:308
Aufsatznummer:121982
Erste Seite:1
Letzte Seite:8
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:4D-STEM; Elastic microstructure; Heterogeneities; Metallic glass; Nanoindentation; Strain anisotropy
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Degradationsmechanismen
DOI:10.1016/j.actamat.2026.121982
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-654991
ISSN:1359-6454
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:12.02.2026
Referierte Publikation:Nein
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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