Materialer fremstillet af selvspindende partikler

Materie er enten gas, flydende eller fast baseret på, hvordan dets molekyler reagerer på temperatur og tryk. Men hvad nu hvis byggestenene er selvspindende partikler i stedet for almindelige molekyler? Teoretiske fysikere fandt ud af, hvad der bestemmer fasen af ​​disse kunstige materialer. Forskningen er blevet rapporteret i PNAS .

Når vandet når 100 ° C, det går over til en gasfase, i hvert fald ved havets overflade. Fjernelse af lufttryk får vand til at koge ved koldere temperaturer. Det er klart, at materialer, der består af almindelige molekyler, tager en fase afhængigt af temperatur og tryk. Leiden teoretiske fysiker prof. Vincenzo Vitelli spekulerede på, hvad der ville ske, hvis materialer i stedet havde selvspindende dimerer som byggesten.

Simulering

Til denne ende, første forfattere Benny van Zuiden og Jayson Paulose simulerede selvspinde dimerer i silico og studerede, hvordan de organiserer sig. Ved at lægge et gradvist stigende pres på dem, de så systemet skifte fra en ordnet tilstand til en meget kaotisk tilstand.

Figuren herunder (til venstre) viser en smukt ordnet tilstand, med dimerer, der pænt danner et trekantet krystalgitter. I øvrigt, den relative orientering af nærliggende partikler låses, når de snurrer.

Til højre, koncentrationen er så høj, at systemet sidder fast i en glasagtig fase. Bemærkelsesværdigt, der er en flydende fase imellem. Som regel, et stof bliver mere fast, når dets tæthed stiger. Her, det modsatte sker.

Væske

Så hvordan kan der være en flydende tilstand? Med lav densitet, dimerne har masser af plads til at bevæge sig, som de vil, og forblive synkroniseret, som en gruppe scenedansere. Når scenen er for lille, dansere støder ind i hinanden og bevæger sig kaotisk, som partikler i en væske. Imidlertid, hvis scenen bliver så lille, at danserne ikke kan bevæge sig, de sidder fast i en uordnet konfiguration, der minder om et glas.