Физики обнаружили совершенно новое состояние вещества

Физики обнаружили совершенно новое состояние вещества

Физики определили новое состояние вещества, скрытое за загадочными превращениями, происходящими между жидким и твердым состояниями стекла.

Новое состояние вещества, называемое «жидкое стекло», демонстрирует поведение на микроскопическом уровне, которого раньше не видели, что делает его отдельным от ранее наблюдаемых явлений.

Это новое состояние, кажется, существует между твердым телом и коллоидом (например, гелем): гомогенные смеси с частицами, которые являются микроскопическими, но все же больше, чем атомы и молекулы, и их легче изучать. В этом случае были созданы крошечные пластиковые эллипсоидные коллоиды, которые были смешаны вместе в растворителе.

«Это невероятно интересно с теоретической точки зрения», — говорит Маттиас Фукс, профессор теории мягкого конденсированного состояния в Университете Констанца в Германии.

«Наши эксперименты предоставляют своего рода свидетельство взаимодействия между критическими флуктуациями и застывшим светом, к которому научное сообщество добивается уже довольно долгое время».

Когда материалы превращаются из жидкостей в твердые тела, их молекулы обычно выстраиваются в линию, образуя кристаллический узор. Не так со стеклом, поэтому ученые так стремятся анализировать и разбирать его: со стеклом (и стеклоподобными материалами) молекулы заморожены в неупорядоченном состоянии.

В жидком стекле ученые заметили, что коллоиды могут двигаться, но не могут вращаться — они обладают большей гибкостью, чем молекулы в стекле, но не настолько, чтобы сделать их сопоставимыми с обычными материалами, которые уже были тщательно изучены. Частицы собирались в группы с одинаковой ориентацией, которые затем препятствовали друг другу внутри материала.

Эллипсоидные частицы в кластерах в жидком стекле. (Исследовательские группы профессора Андреаса Цумбуша и профессора Маттиаса Фукса)

«Из-за их различных форм наши частицы имеют ориентацию — в отличие от сферических частиц — что порождает совершенно новые и ранее неизученные виды сложного поведения», — объясняет Андреас Зумбуш, профессор физической химии в Университете Констанца.

Исследователи говорят, что новое состояние материи на самом деле представляет собой два конкурирующих перехода от жидкости к твердому телу, которые взаимодействуют, создавая смесь различных свойств. Форма и концентрация частиц кажутся решающими при создании этого жидкого стекла.

«Наши результаты дают представление о взаимодействии между локальными структурами и фазовыми превращениями», — пишут исследователи в своей статье.

«Это помогает руководствоваться такими приложениями, как самосборка коллоидных надстроек, а также свидетельствует о важности формы для стеклования в целом».

Исследование опубликовано в PNAS.

logo