Numéro
J. Phys. Colloques
Volume 46, Numéro C8, Décembre 1985
Third International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials
Page(s) C8-3 - C8-20
DOI https://doi.org/10.1051/jphyscol:1985801
Third International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials

J. Phys. Colloques 46 (1985) C8-3-C8-20

DOI: 10.1051/jphyscol:1985801

THE STRUCTURE OF AMORPHOUS SOLIDS - A PERSPECTIVE VIEW

P.H. Gaskell

Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Madingley Road, Cambridge CB3 OHE, U.K.


Résumé
On passe en revue des données sur la structure d'un certain nombre de solides amorphes représentatifs - métaux purs et semiconducteurs, alliages amorphes et verres d'oxydes - et on se propose de suggérer quels sont les modèles les plus adéquats. Historiquement, les empilements denses aléatoires ou les réseaux aléatoires ont été considérés comme les modèles les mieux adaptés, surtout pour les solides amorphes de composition chimique simple - métaux purs et semiconducteurs, oxydes stoechiométriques. Pour des matériaux plus complexes, différentes informations indiquent que les modèles aléatoires ne sont viables qu'au prix de certaines complications comme par exemple, l'existence d'un ordre chimique, l'existence d'unités structurales locales ou peut être à moyenne distance. On discute l'exemple particulier des verres de métasilicates alcalins et on montre qu'il est difficile de construire un modèle aléatoire avec les contraintes idoines qui rende compte de l'ensemble des résultats expérimentaux - polydrèdes de coordination définis aussi bien pour les cations alcalins que pour les atomes de silicium, tendance à la formation de chaînes d'unités SiO3--, densité mesurée et en même temps fonctions de distribution de paires expérimentales. La question se pose alors de savoir si les modèles, basés sur des empilements périodiques on non et dont l'ordre est brisé par des défauts, ne seraient pas plus appropriés. On suggère une stratégie pour répondre à cette question.


Abstract
Structural data for a number of typical amorphous solids - elemental metals and semiconductors, amorphous alloys and oxide glasses - are surveyed and an attempt made to suggest the most appropriate models. Historically, random close-packed structures or random networks have been considered to be the most appropriate, especially for chemically simple amorphous solids - elemental metals and semiconductors, stoichiometric oxides. For more complex materials, there are a number of indications that random models are only tenable with some qualification - to allow chemical ordering, local and perhaps medium-range structural units, for instance. The particular example of alkali metasilicate glasses is discussed and it is shown that it is difficult to devise a suitably constrained random model which incorporates all the known experimental facts - defined coordination polyhedra for the alkali cations as well as the silicon atoms, a preference for SiO3-- units connected in chains, the measured density, as well as the experimental pair distribution functions. Questions are therefore raised : do random models represent the most general paradigm for the structure of amorphous materials, or are defective ordered models based on periodic or aperiodic packing more appropriate ? An attempt is made to suggest a strategy to answer such questions.