Metallische Gläser sind eine spannende Klasse amorpher Materialien, die vor allem für ihre interessanten Eigenschaften wie hohe Widerstandsfähigkeit und überlegene Festigkeit bekannt sind. Die maßgeschneiderte lokale Struktur dieser Gläser ist ein Schritt hin zu einer besseren Kontrolle ihrer Eigenschaften, ähnlich wie Mikrostrukturen kristalliner Materialien bereits geändert werden, um sie an verschiedene Anwendungen anzupassen. Kürzlich wurde berichtet, dass Filme, die durch eine komplizierte Anordnung von amorphen Clustern durch deren energetische Abscheidung hergestellt wurden, eine bemerkenswerte Veränderung der Eigenschaften allein durch die Abscheidungsenergie aufweisen. Es wird derzeit angenommen, dass die Eigenschaften der so hergestellten cluster-assemblierten metallischen Gläser aus den Besonderheiten der Abscheidetechnik und durch die Bildung von Cluster-Cluster-Grenzflächen, die neuartige Mikrostrukturen erzeugen, die es in herkömmlich hergestellten Gläsern nicht existieren. Da das Konzept noch in den Kinderschuhen steckt, ist die Natur der cluster-assemblierten Gläser noch weitgehend unerforscht.

In der vorliegenden Arbeit werden Molekulardynamiksimulationen der cluster-assemblierten metallischen Gläser im CuZr-Modellsystem untersucht. Die Entwicklung und Implementierung neuer Simulationsprotokolle umfasst die Mechanismen der Bildungswege dieser neuartigen cluster-assemblierten amorphen Filme, die Morphologien, der Cluster, und die lokale topologische Ordnung in den Materialien. In diesen Gläsern werden zwei amorphe Phasen identifiziert: eine in den Kernen der Cluster und die andere in dem kontinuierlichen Netzwerk von Grenzflächen, das sich zwischen den Clustern bildet. Die kurz- und mittelreichweitige Ordnung der cluster-assemblierten Gläser unterscheiden sich nicht nur erheblich von den traditionellen metallischen Gläsern, die durch schnelles Abschrecken hergestellt werden, sondern variieren auch mit den scheideenergien der Cluster sowohl im Kern als auch in den Grenzflächenbereichen. In cluster-assemblierten Gläsern sind die Grenzflächenregionen dichter gepackt als die Kerne, während die Kernatome niedrigere Energiezustände einnehmen - ein überraschendes Ergebnis, wenn man es mit den traditionellen Gläsern vergleicht, bei denen dichtere Packung und niedrigere Energiezustände zusammen auftreten. Dieses interessante Phänomen ist darauf zurückzuführen, dass die Kern- und Grenzflächenregionen unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweisen. Die inhärente chemische Heterogenität der Cluster im Ursprungszustand spielt ebenfalls eine Rolle bei der Variation der lokalen Ordnung und den energetischen Zuständen von cluster-assemblierten Gläsern, die aus unterschiedlich großen Clustern bestehen. Die lokale Nahbereichsordnung und die thermische Entwicklung der Enthalpie sind in diesen Materialien jedoch nicht von der Clustergröße abhängig. Diese Untersuchungen ermöglichen ein computergestütztes Verständnis von amorphen Cluster und die Synthese maßgeschneiderter nichtkristalliner Architekturen, um die Eigenschaften amorpher Materialien in Zukunft nutzbar zu machen.