Računarske simulacije tima sa Univerziteta Oregon pokazuju da je "idealno staklo" u 2D ostvarivo: amorfni raspored čestica koji ipak pokazuje kristalne osobine i hiperuniformnost. Istraživači su u model uveli algoritam koji menja veličinu čestica tokom pakovanja, što rezultira stabilnijim materijalom sa prosečno šest kontakata po čestici. Nalazi su teorijski i za praktičnu proizvodnju biće potrebne nove fizičke metode.
Simulacije Pokazuju Da Je "Idealno Staklo" U 2D Moguće — Amorfno Ali Sa Kristalnim Svojstvima
(Jian Fan/iStock/Getty Images Plus)
Fizičari iz SAD-a prikazali su preko računarskih modela da je ostvarivo takozvano "idealno staklo" u dvodimenzionalnom sistemu: materijal koji izgleda amorfno, a ipak ima uredne, kristalne osobine.
Particle packing in ideal glass (left) versus regular glass (right). (Bolton-Lum et al.,Phys. Rev. Lett., 2026)
Obično staklo ima raspored molekula sličan tečnosti — nasumičan i jedno od bezbroj mogućih poređaja. Idealno staklo, kako ga je još 1948. godine postavio kemičar Walter Kauzmann, predstavlja posebno stanje sa minimalnom entropijom: čestice su raspoređene tako precizno da ne postoje alternativne makroskopske konfiguracije.
Subscribe to ScienceAlert's free fact-checked newsletter
U novoj studiji, Viola Bolton-Lum i saradnici sa Univerziteta Oregon koristili su računar da pokažu da takvo stanje nije paradoksalno u 2D. Umesto standardnog procesa hlađenja — koji bi zahtevao praktično beskonačno mnogo vremena — istraživači su u model ugradili dodatni stepen slobode: algoritam koji omogućava promenu veličine čestica tokom pakovanja.
YouTube Thumbnail
Ta "prečica" dovodi do pakovanja koje je amorfno na prvi pogled, ali izuzetno uniformno i stabilno: svaka čestica u proseku ostvaruje oko šest tačaka kontakta, što povećava čvrstoću i stabilnost sistema. Novi raspored pokazuje i svojstvo hiperuniformnosti — pri velikom uvećanju ne vide se grupezanje čestica ili praznine.
„Pored razrešenja dugog pitanja, ova metodologija predstavlja vrednu prečicu za generisanje dobro izbalansiranih staklastih sistema“, pišu autori. „Stvaranje takvog idealnog rasporeda omogućava potpunu analizu dvodimenzionalnih jammed i staklastih sistema.“
Praktične implikacije su interesantne: idealno staklo bi, na primer, vibriralo vrlo uniformno kada dobije udarac — više nalik dijamantu nego običnom staklu. Međutim, autori naglašavaju da je njihovo otkriće zasad teorijsko. Standardni termalni ili mehanički procesi verovatno neće dovesti do ovakvog pakovanja u laboratoriji; biće potrebne nove fizičke metode ili eksperimentalne implementacije algoritma kako bi se materijal proizveo.
Iako je reč o 2D modelima i tehnički izazovi za 3D proizvodnju ostaju veliki, rad otvara put za dalje eksperimente u materijalnoj nauci i možda nove vrste staklastih ili polukristalnih struktura sa jedinstvenim svojstvima. Rad je objavljen u časopisu Physical Review Letters.
Pomozite nam da budemo bolji.
