Може би е открито скрито състояние между течността и твърдото вещество

Стъклото може да изглежда като идеално подредено твърдо тяло, но отблизо неговото хаотично подреждане на неговите частици прилича повече на турбулентния хаос на свободно падаща течност, която се втвърдява с времето.

Материалите в това състояние, известни като аморфни твърди вещества, не подлежат на лесно тълкуване. Нови изследвания, включващи изчисления и симулации, дават улики. По-специално, това предполага, че някъде между течното и твърдото състояние има някакво пренареждане, за което не сме знаели.

Според Учените Димитриос Врагидакис, Мохамед Хашем и Кранти Мандадапо от Калифорнийския университет в Бъркли са открили поведение на температурната граница на свръхохладените течности и твърди вещества, при което статичните частици остават възбудени и „потрепват“ на място.

Ние сме почти запознати с три основни състояния на материята в ежедневието: твърдо, течно и газ или пара. Всеки се определя от връзките между неговите молекули и заобикалящата ги среда.

Когато едно от тях се промени в друго – топенето на твърдо вещество в течност или изпаряването на течност в газ, например – това е известно като метаморфоза.

Но материята е малко по-сложна от тези три основни състояния. Атомите могат да станат толкова горещи, например, че техните заряди да се изпарят, за да образуват плазма. Когато се охладят, някои класове частици могат напълно да загубят своята идентичност и да се слеят в квантово размазване.

border frame=“0″ allow=“accelerometer; autoplay; clipboard writing; encrypted media; gyroscope; picture-in-picture; web sharing“>allowfullscreen

Аморфни твърди вещества Това е странна смес от добре подредени твърди вещества и разхлабени течности. Когато частиците в твърдите тела са склонни да образуват предсказуеми връзки със своите съседи, след като са фиксирани на място при подходящо ниски температури, аморфните твърди вещества имат неправилно подреждане на течност.

Как тези привидно произволни връзки се трансформират от вискозни потоци от течащи молекули в статичен спектакъл, далеч не е ясно.

Използвайки стъклото като най-често срещания пример, неговите елементи от кислород и силиций протичат при нагряване. Когато се охлаждат бавно, тези частици имат време да се образуват в организирана кристална структура, наречена кварц. Ако се охладят бързо, молекулите по някакъв начин запазват неподредена подредба; Това е точката, в която то става аморфно твърдо вещество, а температурата, при която това се случва, е началната температура.

Vragidakis, Hasim и Mandadapo използваха изчисления и симулации, заедно с резултати от предишни експерименти, за да определят, че този преход може да не е много фин, тъй като се характеризира с особената активност на частиците между техните нормални течни състояния и техните свръхохладени състояния.

„Нашата теория прогнозира началната температура, измерена в моделни системи, и обяснява защо много студените течности се държат около тази температура подобно на твърдите вещества, въпреки че тяхната структура е същата като тази на течността.“ Mandabo обяснява.

„Началната температура за динамиката на стъклото е подобна на температурата на топене, при която свръхохладената течност се „топи“ в течност. Това трябва да е подходящо за всички свръхохладени течности или стъклени системи.“

Въпреки че общият поток от атоми в свръхохладената течност е практически нищожен, молекулите непрекъснато променят конфигурациите си, докато са заседнали на място, което води до движения, наречени възбуждания. Изследователите третират тези възбуждания в свръхохладена 2D течност като дефекти в кристално твърдо вещество и изчисляват какво се случва с промяната в температурата.

Те откриха, че свързаните двойки възбуждания стават некорелирани при първоначалната температура, което кара материала да загуби своята здравина и да се държи като нормална течност.

Екипът вярва, че техният модел може да бъде разширен, за да разбере как трансформацията работи и в три измерения, осигурявайки теоретична основа за бъдеща експериментална работа.

„Цялото усилие е да разберем микроскопично какво разделя свръхохладената течност от течността с висока температура.“ Мандабо казва.

„Очарователно е от гледна точка на основната наука да проучим защо тези свръхохладени течности показват значително различна динамика от нормалните течности, които познаваме.“

Изследването е публикувано в Сборник на Националната академия на науките.