Fizycy odkryli zupełnie nowy stan skupienia. Nazwali go „płynnym szkłem”

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.