En ny udsigt til briller

Forskere ved University of Tokyo introducerede en ny fysisk model, der forudsiger dynamikken i glasagtige materialer udelukkende baseret på deres lokale grad af atomstruktur. Ved hjælp af computersimuleringer, de viste, hvordan denne teori i høj grad forbedrer forståelsen af, hvordan glasagtige væsker bliver mere tyktflydende ved afkøling. Dette arbejde har mange potentielle anvendelser inden for fremstilling, især til særlig glasproduktion i laboratorieudstyr og elektroniske berøringsskærmsenheder.

Glas er blevet produceret af menneskeheden siden antikken. Imidlertid, fysikken, der styrer atomernes bevægelse i glasagtige materialer, er utrolig kompleks og stadig ikke helt forstået. I modsætning til de fleste krystallinske faste stoffer, hvor atomer arrangerer sig groft i store gentagne gitter, briller er lavet af konfigurationer af atomer, der ikke viser nogen rækkefølge. Som enhver, der har set en glaspuster, ved, ved høje temperaturer, glas flyder som en væske. Det betyder, at atomerne indeni har mobilitet nok til at glide forbi hinanden. Imidlertid, når materialet afkøles, den oplever en "glasovergang", hvor atomerne bevæger sig langsommere og langsommere, indtil de bliver låst fast i en uordnet "frosset flydende" tilstand. Det er, de ville have været mere stabile i en krystallinsk konfiguration, men de kan ikke overvinde barrieren for at komme dertil. Eksperter beskriver ofte glassets dynamik som at bruge dets "strukturelle afslapningstid, "som repræsenterer, hvor hurtigt atomerne nærmer sig den stabile tilstand.

Nu, forskere ved University of Tokyo har brugt computersimuleringer til at definere "strukturordensparameteren, "som kun afhænger af den lokale konfiguration af et atom og dets umiddelbare naboer. Denne værdi giver et mål for afvigelsen fra den mest effektive pakning af de omkringliggende atomer. Kun baseret på parameteren strukturel orden, forskerne var i stand til at forudsige den strukturelle afslapningstid. "Da afslapning tilsyneladende påvirkes af mange fysiske faktorer, vi blev glædeligt overrasket over, at vi var i stand til at beskrive det udelukkende baseret på den strukturelle rækkefølge, "siger første forfatter Hua Tong.

Ved at udføre omfattende computersimuleringer, de var i stand til at bekræfte forholdet mellem lokal bestilling og generel dynamik. Dette er et unikt træk ved glas, der normalt ikke ses i krystallinske faste stoffer. "Vores forskning giver en fysisk ramme til at forstå, hvordan korrelationen mellem steder vokser i størrelse, sådan at dynamikken på atomniveau begynder at have kooperativitet over et udvidet område, "forklarer seniorforfatter Hajime Tanaka. Resultaterne af dette projekt kan hjælpe med at designe nye processer til fremstilling af stærkere og mere holdbart glas. Resultaterne af dette projekt kan hjælpe med at designe nye processer til fremstilling af stærkere og mere holdbart glas.

Værket er udgivet i Naturkommunikation som "Strukturel orden som en ægte kontrolparameter for dynamik i simple glasformere."