Physiker haben einen neuen Zustand der Materie entdeckt
Physiker haben einen neuen Materiezustand identifiziert, der sich hinter den mysteriösen Transformationen verbirgt, die zwischen dem flüssigen und dem festen Zustand von Glas auftreten.
Der neue Materiezustand, "flüssiges Glas" genannt, zeigt ein Verhalten auf mikroskopischer Ebene, das zuvor noch nicht gesehen wurde, wodurch es von zuvor beobachteten Phänomenen getrennt wird.
Dieser neue Zustand scheint zwischen einem Feststoff und einem Kolloid (wie einem Gel) zu bestehen: homogene Gemische mit Partikeln, die mikroskopisch klein, aber immer noch größer als Atome und Moleküle sind und leichter zu untersuchen sind. In diesem Fall wurden winzige ellipsoide Kunststoffkolloide erzeugt, die in einem Lösungsmittel zusammengemischt wurden.
„Aus theoretischer Sicht ist es unglaublich interessant“, sagt Matthias Fuchs, Professor für Theorie der weichen kondensierten Materie an der Universität Konstanz in Deutschland.
"Unsere Experimente liefern eine Art Beweis für die Wechselwirkung zwischen kritischen Schwankungen und gefrorenem Licht, nach der die wissenschaftliche Gemeinschaft seit geraumer Zeit strebt."
Wenn Materialien von Flüssigkeiten zu Feststoffen wechseln, richten sich ihre Moleküle normalerweise zu einem Kristallmuster aus. Nicht so bei Glas, weshalb Wissenschaftler es so gerne analysieren und zerlegen: Bei Glas (und glasartigen Materialien) werden die Moleküle in einem ungeordneten Zustand eingefroren.
In flüssigem Glas stellten Wissenschaftler fest, dass sich Kolloide bewegen, aber nicht drehen können - sie sind flexibler als Moleküle in Glas, aber nicht ausreichend, um sie mit herkömmlichen Materialien zu vergleichen, die bereits sorgfältig untersucht wurden. Die Partikel wurden in Gruppen mit der gleichen Orientierung gesammelt, die sich dann innerhalb des Materials gegenseitig störten.
„Aufgrund ihrer unterschiedlichen Form haben unsere Partikel - im Gegensatz zu kugelförmigen Partikeln - Orientierungen, die zu völlig neuen und bisher unerforschten komplexen Verhaltensweisen führen“, erklärt Andreas Zumbusch, Professor für physikalische Chemie an der Universität von Constanta.
Die Forscher sagen, dass der neue Zustand der Materie tatsächlich zwei konkurrierende Übergänge von flüssig zu fest sind, die zusammenwirken, um eine Mischung verschiedener Eigenschaften zu erzeugen. Die Form und Konzentration der Partikel scheint für die Herstellung dieses flüssigen Glases entscheidend zu sein.
"Unsere Ergebnisse liefern Einblicke in die Wechselwirkung zwischen lokalen Strukturen und Phasenumwandlungen", schreiben die Forscher in ihrer Arbeit.
"Dies hilft bei der Anwendung von Anwendungen wie der Selbstorganisation kolloidaler Aufbauten und zeigt auch, wie wichtig die Form für die Verglasung im Allgemeinen ist."
In PNAS veröffentlichte Forschung.