Fizycy zidentyfikowali nowy stan skupienia materii, ukryty w procesach zachodzących między stanem ciekłym i stałym szkła. Nowy stan zwany „płynnym szkłem” na poziomie mikroskopowym wykazuje zachowanie, którego wcześniej nie obserwowano, co oznacza, że jest to oddzielne od wcześniej zidentyfikowanych zjawisko.
Nowy stan wydaje się być pośrednim między ciałem stałym a roztworem koloidalnym (zawiesiną przypominającą żel).
– Jest to niezwykle interesujące z teoretycznego punktu widzenia. Nasze eksperymenty dostarczają dowodów na współzależność między krytycznymi fluktuacjami a zestaleniem szkła, o które od dawna zabiegała społeczność naukowa – mówi Matthias Fuchs, profesor z Uniwersytetu w Konstancji w Niemczech.
Kiedy materiały przekształcają się z cieczy w ciała stałe, ich cząsteczki zwykle ustawiają się w jednej linii, tworząc krystaliczny wzór. Inaczej jest ze szkłem, dlatego naukowcy tak chętnie je analizują i dekonstruują. W przypadku szkła (i materiałów podobnych do szkła) cząsteczki są zablokowane lub zamrożone w nieuporządkowanym stanie – wyjaśniono na łamach Science Alert.
Naukowcy zauważyli, że w ciekłym szkle koloidy cząsteczkowe mogą się poruszać, ale nie mogą się obracać. Miały większą elastyczność niż cząsteczki w szkle stałym, ale nie na tyle, aby były porównywalne ze zwykłymi materiałami, które zostały już szeroko zbadane. Postanowili dokładniej przyjrzeć się procesowi i w tym celu wprowadzili do struktury specjalnie zaprojektowane koloidy elipsoidalne, zamiast standardowych kulistych kształtów. Dzięki temu można było lepiej zaobserwować te zablokowane obroty. Cząsteczki skupiały się w grupach o podobnej orientacji, które następnie blokowały się wzajemnie wewnątrz materiału.
– Ze względu na swoje odmienne kształty nasze cząstki mają orientację, w przeciwieństwie do cząstek kulistych, co prowadzi do zupełnie nowych i wcześniej niezbadanych rodzajów złożonych zachowań – wyjaśnia Andreas Zumbusch, profesor chemii fizycznej na Uniwersytecie w Konstancji.
Naukowcy twierdzą, że nowy stan materii to w rzeczywistości dwa konkurujące ze sobą przejścia ciecz-ciało stałe, które oddziałują ze sobą, tworząc mieszaninę różnych właściwości. Wydaje się, że kształt i koncentracja cząstek mają kluczowe znaczenie przy tworzeniu tego „płynnego szkła”.
Jak zawsze w przypadku przejść szklistych, pozostaje wiele pytań bez odpowiedzi, ale autorzy badania mają nadzieję, że odkrycie ciekłego szkła – przewidywane przez teoretyków od 20 lat – może pomóc nam lepiej zrozumieć, jak działają przejścia stanów w przypadku szkła.
Odkrycia mogą również wykraczać daleko poza szkło, rzucając światło na wszystko: od najmniejszej komórki biologicznej po największy układ kosmologiczny, każdy scenariusz, w którym występuje niewyjaśniony zaburzenie – uważają autorzy.
Wyniki badań zostały opublikowane w PNAS.