Őrült fizika: A tudósok nem folyékony folyadék létrehozását tanulmányozzák

A hőmérséklet túlzott csökkentésével sok anyag szilárd kristálygá válik. Legalábbis ezt a hagyományos fizika elméletei megjósolják. A szabálynak azonban lehet kivételei, mivel két tudós úgy gondolja, hogy olyan folyadékot találtak, amely folyadékállapota ellenére stabilabbnak bizonyul, mint egy szilárd kristály.

A Nature Physics folyóiratban részletesen bemutatott kísérlet ennek a furcsa folyadéknak a tisztán számítási modelljét mutatta be, de új betekintést nyújthat a kristályok kialakulásának folyamatába, és megakadályozhatja azok képződését vagy egyéb formájú kialakulását. nincs határozott alakjuk.

Hogyan készítsünk olyan folyadékot, amely nem folyékony?

Ennek a bizarr anyagnak a felépítéséhez a tudósok elkezdenek kísérletezni egy kolloiddal, egy folyadékkal, amelynek kis szuszpendált részecskéi vannak. A kolloid klasszikus példája a tej, amely annak ellenére, hogy gyakorlatilag vízből épül fel, megváltoztatta a színét, ízét és állagát a keverékben lebegő számos zsír- és fehérjerészecske miatt.

A tej azonban lefagy. Ha azonban a kolloid molekulái speciálisan vannak elrendezve, akkor nem fordul elő kristályosodás, és az anyag stabil, szilárd alakúvá válik, amely folyadék molekuláris szerkezetével rendelkezik.

Négy kötésű molekulákat használva egy számítási modellben, a tudósok rájöttek, hogy a kristályosodás gyorsan megtörténik, ha ezek a kötések merevek. Hajlítva a kötések rendetlenek maradnak, és szemcsés csomókat képeznek. Ha a hőmérséklet folyamatosan csökken, az anyag üvegré válik, rendezetlen molekulákkal, amelyek valamiféle amorf szilárd anyagot képeznek.

Rugalmas molekulák

Alapvetően a rugalmas kötésű molekulák így viselkednek, mivel két erő versenyez a folyadékban, miközben lehűl: energia és entrópia, ami azt mutatja, hogy a rendetlen rendszer hogyan néz ki. Folyadékokban a molekulák véletlenszerűen vannak elrendezve, míg a kristályokban bizonyos mintákba vannak csoportosítva.

Amikor a hőmérséklet esik, a molekulák elkezdenek szerveződni, így kevesebb energiát fogyasztanak. Így az entrópia csökken, amikor a víz lefagy. A rugalmas kötésekkel rendelkező kolloid molekuláknak más módon is kapcsolódhatnak egymással, sokkal valószínűbb, hogy négy-négy csoportba csoportosulnak, és mégis rendezetlen szerkezetet képeznek.

Az eredmény egy folyadék, amely szilárd anyagként viselkedik. És bár mindezt számítógépen készítették, Frank Smallenburg, a római Sapienza Egyetem tudósai szerint a szoftver valós rendszereket ír le, és néhány polimert, sőt, a DNS-t is olyan molekulákként idézi, amelyek ezt képesek megtenni. A kutatás következő lépése valódi anyagokkal való kísérletezés lesz.