Zinātne

Šķidrais stikls ir jaunākais dīvainais matērijas stāvoklis

2024

Kriptonīts un kyber kristāli varētu šķist dažas no neticamākajām dabiski sastopamajām vielām zinātnē (un uz izdomātām planētām), taču lietas šeit uz Zemes var kļūt vēl dīvainākas.

Tas nav kausēts stikls un ne ciets, ne šķidrs, bet zinātnieki tagad ir atklājuši jauns vielas stāvoklis, kas pazīstams kā šķidrais stikls . Tās atsevišķās daļiņas var kustēties, bet ne griezties. Šķidrais stikls parādās koloīdi , kurām viena viela ir izkliedēta caur citu, lai gan neviena viela nevar atdalīties vai nosēsties kā šķīdumos vai suspensijās. Kad daži koloīdi kļūst pietiekami blīvi, to struktūra tiek ieskrūvēta šajā stiklveida stāvoklī. Tā tas paliks, līdz konstrukcija atkal tiks sakārtota.

Fiziķis Matiass Fukss un ķīmiķis Andreass Zumbushs no Konstancas universitātes Vācijā izraisīja šķidrā stikla stāvokli laboratorijā, izmantojot pašu radītus koloīdus. Pēc daļiņu izmantošanas tādā formā, ar kādu vēl nekad nav eksperimentēts, viņi vēlējās redzēt, kas notika laikā stikla pāreja un dabūja kaut ko cienīgu Supermens vai Zvaigžņu kari .

māja ar pulksteni sienās veselā saprāta mediji

Elipsoidālo koloīdu suspensijas veido neparedzētu matērijas stāvokli - šķidru stiklu, kurā rotācijas ir sasalušas, bet tulkojumi paliek šķidri, Fukss un Zumbušs teikts pētījumā, kas nesen publicēts PNAS . Attēlu analīze atklāj līdz šim nezināmus nematiskos prekursorus kā šī stāvokļa raksturīgos strukturālos elementus. Šo atdalīto kopu savstarpējais šķēršļi novērš šķidro kristālu kārtību.

Kad Fukss un Zumbušs rūpīgāk aplūkoja šo parādību, viņi saskārās ar vienu būtisku problēmu. Visi līdz šim pētītie koloīdi bija saturējuši sfēriskas daļiņas, kurām nav orientācijas. Nav iespējams pateikt, kur atrodas sfēra, jo tai nav sākuma un beigu, ja vien kāds nevēlas nepateicīgo uzdevumu uz katras daļiņas uzgleznot mikroskopiskas bultiņas. Tā vietā zinātnieki izmantoja polimēru ķīmiju, lai iegūtu mazas plastmasas daļiņas (kas joprojām bija lielākas par atomiem vai molekulām), kuras pēc tam izstiepa elipses formā. Pēc tam tos pievienoja šķīdinātājam, lai izveidotu koloīdu.

Zem optiskā mikroskopa daļiņas parādīja izmaiņas pozīcijā un kustībā, kas atklāja dažus iepriekš neredzētus izkārtojumus, kas bija gandrīz neticami.

Lai veidotos kristāliska struktūra, tai ir jābūt tieši tai sakārtotai struktūrai. Stikls ir dīvains, jo tas var šķist ciets, bet patiesībā nav ne ciets, ne šķidrums. Jūs varat pamanīt, ka vecāka loga stikla apakšdaļa ir nedaudz biezāka nekā augšējā, jo stikls ļoti lēni izplūda uz leju. Daži šķidri kristāli kļūst nematisks pēc stiklota stāvokļa sasniegšanas. Tas nozīmē, ka molekulas ir paralēlas, un, lai gan tās spēj peldēt apkārt, tās nevar griezties. Šī nespēja griezties nozīmē, ka viņi nevar manevrēt un pārkārtoties pareizā veidā, lai panāktu cietu kristālisku struktūru.

Šķidrais stikls ar elipsoīda daļiņām labāk atspoguļo to, kas patiesībā notiek dabā vai tehnoloģijās. Jūs nevienā situācijā nesaņemat pārāk daudz pilnīgi sfērisku daļiņu, un, ja tas notiktu, daļiņu orientācijas trūkums tikai apgrūtinātu šī dīvainā materiālā stāvokļa simulācijas un faktiskos notikumus. Daļiņu koncentrācijas maiņa ļāva zinātniekiem redzēt kustības un rotācijas izmaiņas, kas citādi būtu tās izvairījušās. Viņi redzēja, ka stiklveida stāvokļi notika noteiktā blīvumā, kad rotācija sasalst.

Tas nenozīmē, ka kristālu veidošanās ir lemta. Šķidrais stikls kalpos tikai tik ilgi, kamēr koloīdā esošās daļiņas, kas iestrēgušas līdzīgā orientācijā, veido kopas un traucē viena otrai. Kad daļiņām ir pietiekami daudz enerģijas, kā arī pareizais spiediens un tilpums, lai tās atkal grieztos, tās pāriet no šķidrā stikla uz šķidro kristālu, kad tās sāk pārkārtoties pareizajā secībā.

Šķidrā stikla stāvoklis var radīt ilgi meklēto paradigmu, kurā mikroskopiski var izpētīt mijiedarbību starp līdzsvara kritiskajām korelācijām un kritisko palēnināšanos pret stikla veidošanos, Fukss un Zumbušs teica .