|
Стекло со свойствами алмаза и металла
|
|
|
|
Физики в США говорят, что они создали симуляцию, которая впервые демонстрирует, что "идеальное стекло" возможно, разрешая парадокс, существовавший десятилетиями. В некотором смысле, стакан, из которого вы пьете воду со льдом, имеет больше общего с жидкостью, чем плавающие в нем замороженные кристаллы. Молекулы воды перемешаны, как и в жидкости, и представляют собой случайную структуру из множества возможных вариантов.
|
|
|
|
С идеальным стеклом все по-другому. То, что казалось бы беспорядочным скоплением молекул, не имело бы других вариантов - или, как это известно из физики, минимальной энтропии.
|
|
|
|
Этот тип стекла был впервые обсужден в 1948 году химиком Уолтером Каузманом, который предположил, что, поскольку энтропия падает по мере охлаждения жидкостей и образования стекла, температура может быть достаточно низкой, чтобы полностью устранить его. Это все равно было бы случайным расположением, но оно было бы упаковано настолько точно, что его нельзя было бы перенастроить каким-либо другим способом.
|
|
|
|
В последующие десятилетия возможность создания такого парадоксально упорядоченного стекла широко обсуждалась.
|
|
|
|
В новом исследовании физик Виола Болтон-Лум из Университета Орегона и ее коллеги использовали компьютерные модели, чтобы показать, что в 2D возможно идеальное стекло – стекло с аморфным расположением частиц, но в то же время с высокой степенью упорядоченности и однородности, поэтому оно ведет себя как идеальный кристалл.
|
|
|
|
|
|
|
"В дополнение к разрешению давней загадки, эта методология представляет собой ценный способ создания хорошо сбалансированных стеклообразных систем", - пишут исследователи в своей опубликованной статье.
|
|
|
|
"Создание такой идеальной упаковки позволяет полностью исследовать и объяснить двухмерные системы с затертым стеклом".
|
|
|
|
Было ясно, что обычное охлаждение не поможет достичь идеального состояния стекла – на это потребуется бесконечное количество времени. Для своих моделей они внедрили своего рода чит-код, который позволяет изменять размер стеклянных частиц по мере их упаковки.
|
|
|
|
Эта дополнительная степень гибкости позволяет получить стекло, которое выглядит аморфным, но при этом обладает кристаллическими свойствами. В частности, полученное стекло намного прочнее и стабильнее обычного, поскольку каждая частица имеет в среднем шесть точек соприкосновения с соседними частицами, что обеспечивает дополнительную поддержку.
|
|
|
|
"Мы думаем, что нашли решение, показав, что такое состояние вовсе не является парадоксом", - сказал физик Эрик Корвин из Орегонского университета Ингрид Фаделли в интервью . Phys.org "На самом деле, мы можем его создать".
|
|
|
|
Одно из отличий стекла от обычного заключается в том, как оно реагирует при ударе. Вместо того, чтобы вызывать беспорядочные вибрации, характерные для обычного стекла, идеальное стекло будет вибрировать идеально равномерно, как, например, алмаз.
|
|
|
|
В новом материале также будет наблюдаться так называемая гиперуниформированность. При ближайшем рассмотрении вы не увидите ни скопления частиц, ни пустых промежутков, поскольку каждая частица занимает ровно столько места, сколько нужно.
|
|
|
|
Важно иметь в виду, что это исследование носит теоретический характер: никто еще не производил идеальное стекло в лабораторных условиях. На самом деле, исследователи признают, что стандартных процессов нагрева и охлаждения будет недостаточно для создания такого стекла – необходимо будет найти новые подходы, прежде чем его можно будет производить.
|
|
|
|
Тем не менее, работа показывает, что идеальное стекло не является чем–то невозможным, и, учитывая его особые свойства, оно, вероятно, подойдет для множества различных целей. Трудно сказать, для каких именно целей, учитывая, что этот материал еще только разрабатывается.
|
|
|
|
Исследователям предстоит многое выяснить об идеальном стекле и его разработке, особенно о том, как чит-код, используемый при моделировании, может быть воспроизведен в реальных производственных процессах. Учитывая достижения в области материаловедения, есть основания полагать, что идеальное стекло однажды может появиться.
|
|
|
|
"Для создания таких упаковок на практике потребуются новые подходы, поскольку они недоступны с помощью обычных термических или механических процессов", - пишут исследователи.
|
|
|
|
"Для создания таких систем на практике необходимо было бы разработать физическую реализацию нашего алгоритма".
|
|
|
|
Источник
|
