计算模型对创建“完美玻璃”

玻璃是一种奇怪的材料是固体和液体状态之间的事,但最终它总收益率固体沉降到晶体的有序范式。或者说它是这样认为。

科学家从普林斯顿大学已经开发出一种计算机模型,产生一个“完美的玻璃”永不结晶——即使在绝对零度。模型是一种新的思维方式对玻璃和细节的极其不同寻常的特性完美的玻璃是发表在《自然》科学报告。

我们知道如果你让任何足够冷结晶,但这是一个非常奇异的情况你完全避免。

塞尔瓦托,作为,普林斯顿大学的化学教授

一个多世纪以来,研究者进行实验玻璃困惑了它的本质。尽管分子的随机安排表明它应该类似于液体的流动,它是不屈的和僵化的像一个固体。

另一个未解决的难题是玻璃化转变的现象——温度冷却液体转变成玻璃。而液体变成固体的转变非常锋利,例如,在0°C在水中,就可以形成玻璃在广泛的温度和只有液体冷却速度不够快,防止结晶。

在开发他们的模型,研究人员开始发现玻璃是否可以永远存在,可以避免结晶。

我们的模型是一个开箱即用的可能性。

塞尔瓦托也许普林斯顿大学化学教授

模型源于两个方面,作为研究的组织,是用最适合模型。实验室专注于hyperuniform奇特的物质状态,在当地原子出现无序的材料,但显示远程全球秩序出现在不同的上下文亚博网站下载中,包括鸡的眼睛。

其他面积最大限度地随机卡包装,是一种安排粒子在一个系统,它有一个很高程度的障碍和粒子的挤在一起,永远冻结在空间。yabo214

在用最模型中,“水晶是放逐,作为解释道。“他们不可能设计形式的粒子之间的相互作用。”yabo214

先前的模型来找到完美的眼镜只考虑2-body交互——粒子之间的相互作用对。相比之下,普林斯顿大学的研究者的模型2 -,3 -,以及考虑4-body交互——各自的数字粒子之间的相互作用。yabo214

虽然2 -,3 -和4-body交互更复杂,尚未观察到在自然界中,扩大到这些交互使研究人员能够防止结晶,其他模型未能实现。

除了定义抗结晶能力,一个完美的玻璃的特点是零压缩,这意味着它是不受外部力量,也可以影响异常传播声音。

根据通用电气的说法,该研究的第一作者,作为一名研究生实验室,声音可以以光速旅行通过一个完美的玻璃。张和也许与合著者弗兰克静,他是一个高级药剂师在普林斯顿大学的化学系。

模型还提供了一个解决一个悖论,几十年来一直困惑着科学家们,在1948年首次解释了普林斯顿大学的化学教授沃尔特Kauzmann末。Kauzmann悖论被认为是“熵危机”形成由于过冷glass-forming液体上面的一个特定的温度。

熵是衡量疾病,表明自由流动液体高度无序,因此熵,相比高度结构化的晶体。然而,一旦冷却液体,熵晶体和液体之间的差异开始减少。

Kauzmann提出,如果相同的趋势发生在足够低的温度,最终会有一个温度现在称为Kauzmann温度、熵或障碍之外,水晶变得比的过冷液体——一个自相矛盾的情况。

然而,用最模型完全绕过了这一悖论。玻璃不能结晶,没有水晶熵与液体的熵可以比较,因此没有熵危机的风险。

诺曼德摩梭,蒙特利尔大学的物理学教授表示,普林斯顿大学的研究人员跟踪一个非常规的方法来回答一个老问题:“在低温下,最稳定的结构可以是玻璃吗?能在宇宙中存在的?”

尽管他们的模型完全不回答这样的问题,它提供了更多的信息,摩梭说,他有一个很好的知识的研究,但没有发挥任何作用。“有一种新的方式来看待这个问题显然帮助我们前进,”他说。

目前,用最模型仅仅是一个理论概念证明,尽管这是一个有趣的模型不顾当前关于玻璃的知识。尽管也许表明,聚合物系统可以证明有用,实时模型的形成需要很长时间。他进一步补充说,需要有更多的研究来理解的理论完美的眼镜。

纸”,完美的玻璃范式:无序Hyperuniform眼镜绝对零度,”出现在11月28日出版的《自然科学报告。这项工作是由美国国家科学基金会在批准号亚博老虎机网登录dms - 1211087。

普林斯顿大学的研究人员已经开发出一种计算机模型,创建一个“完美的玻璃”,从来没有结晶——即使在绝对零度。玻璃的分子结构表明,它应该有液体性质,但它的行为的刚性固体。研究人员已经超出了典型2-body交互——指的是分子之间的相互作用——考虑2 -,3 -和4-body交互。上面的仿真描述粒子的集合(红色)被迅速冷却到0 k(绝对零度)。yabo214研究人员能够抑制结晶在绝对零度,这样最终状态显示是一个完美的玻璃。(视频由通用电气,化学系)