Бо Ли, Кай Коу, научные сотрудники Центра мягкой и живой материи IBS, Вальтер Коб, профессор Университета Монпелье и Университета Франции, и Стив Граник, директор Центра мягкой и живой материи IBS, сообщают вместе в журнале Nature что начало стеклования – весьма нетривиальный процесс, включающий сложные нелинейные реакции.
Тем не менее, как вещество, которое дает замечательный стимул как к удобству нашей повседневной жизни, так и к развитию современной науки и технологий, на уровне фундаментальной науки мы заблуждаемся. «Очки постоянно исследуются, но редко становятся прорывом, независимо от усилий многих поколений ученых», – прокомментировал Граник.
Сообщаемый немонотонный динамический масштаб длины, достигающий пика при начальной температуре, подрывает преобладающее понимание того, что образование клетки – это простой переход между жидкостью и стеклом. «Одним из центральных вопросов в стекольной науке является процесс формирования каркаса, который придает стекловидным материалам их уникальные оптические и механические свойства, – сказал Коб, – и мы напрямую решаем проблему, локально возбуждая коллоидное стекло с помощью лазерных лучей», – сказал Ли.
Возникновение немонотонного масштаба длины является результатом наращивания областей с кооперативной динамикой, которые становятся все более жесткими и начинают доминировать в динамике частиц. «Так же, как и картина Сера, мозаика из динамических зерен, – с энтузиазмом прокомментировал Коб, – и формирование клетки напрямую связано с их объединением.«Красота науки здесь в том, что мы можем микроскопически увидеть, как очки прорастают из жидкостей», – сказал Ли.
Простая физическая картина усиленной кооперативной динамики для немонотонного отклика предполагает, что вывод должен быть общим. Коб сказал: «Удивительно, что физическое правило, лежащее в основе такой богатой динамики, настолько лаконично.«И наши результаты в четко определенной модельной системе помогут лучше понять другие стеклообразные или неупорядоченные системы, такие как полимерные, гранулированные и атомные стекла и т. Д."Ли заметил.
В дополнение к немонотонному поведению, масштабное соотношение между морфологией и размером картины возбуждения извлекается на основе огромного количества экспериментальных данных. «Отклонение этого соотношения отражает степень неоднородности материала при определенных условиях», – сказал Ли.
И Граник заметил: «Этот закон масштабирования, помимо его теоретической важности для физиков, заинтересует химиков и ученых-материаловедов, предложив им« линейку », которая руководит проектированием и синтезом стеклянных материалов."
Помимо освещения первого шага стеклования, этот эксперимент, подтверждающий концепцию, в конечном итоге прокладывает путь к фундаментальному пониманию стекла. «Используя лазер в качестве ланцета, можно точно анатомировать образец стекла», – сказал Граник. «Таким образом будет оцениваться все более и более экзотическое, но загадочное поведение в очках», – заметил Коб.
Эта работа мотивирована давними проблемами стекольной науки.
Медленная и сильно связанная динамика всегда скрывает ключевой эффект. «Если бы я только мог сжаться, прыгнуть в систему и перемешать окружающую среду», – однажды задумал Ли, – «возможно, лазер – хороший выбор.«Фемтосекундная голографическая лазерная система, первоначально разработанная Лу, полностью удовлетворяет потребности в локальном возбуждении. Ценная теоретическая поддержка получена от Коба для преобразования сложных экспериментальных наблюдений в краткие физические принципы. «Междисциплинарная среда в нашем центре и успешное международное сотрудничество превращают некогда невероятный мозговой штурм в реальность», – прокомментировал Граник.
Граник и Коб пришли к выводу: «Область стекловарения, являющаяся классической, но постоянно сложной, поддерживается этими экспериментами, которые проливают свет на возникновение стеклования. Раскрывается концептуальная важность образования каркаса для свойств стеклообразных материалов. И микро-реологический подход, принятый здесь, однажды откроет дверь к глубокому пониманию того, что такое очки."