Vật lý điên: Các nhà khoa học nghiên cứu tạo ra chất lỏng không lỏng

Bằng cách hạ thấp nhiệt độ quá nhiều, nhiều vật liệu trở thành một tinh thể rắn. Ít nhất đó là những gì các lý thuyết của vật lý truyền thống dự đoán. Tuy nhiên, quy tắc có thể có ngoại lệ, vì hai nhà khoa học tin rằng họ đã tìm thấy một chất lỏng, mặc dù ở trạng thái lỏng, hóa ra ổn định hơn tinh thể rắn.

Thí nghiệm, chi tiết trên tạp chí Nature Vật lý, đã trình bày một mô hình tính toán thuần túy của chất lỏng tò mò này, nhưng nó có thể cung cấp một số hiểu biết mới về quá trình hình thành tinh thể, cũng như ngăn chúng hình thành hoặc làm cho chúng hình thành. chúng không có hình dạng nhất định.

Làm thế nào để tạo ra một chất lỏng không phải là chất lỏng?

Để chế tạo vật liệu kỳ quái này, các nhà khoa học bắt đầu thử nghiệm một chất keo, một chất lỏng có các hạt lơ lửng nhỏ. Một ví dụ kinh điển về chất keo là sữa, mặc dù được chế tạo thực tế bằng nước, đã thay đổi màu sắc, mùi vị và tính nhất quán do có nhiều hạt chất béo và protein trôi nổi trong hỗn hợp.

Tuy nhiên, sữa đóng băng. Tuy nhiên, nếu các phân tử của chất keo được tổ chức đặc biệt, sự kết tinh không xảy ra và vật liệu có hình dạng ổn định, trông rắn chắc có cấu trúc phân tử của chất lỏng.

Sử dụng các phân tử có bốn liên kết trong một mô hình tính toán, các nhà khoa học nhận ra rằng sự kết tinh xảy ra nhanh chóng nếu các liên kết này cứng. Khi uốn, các liên kết vẫn lộn xộn và tạo ra các khối hạt. Nếu nhiệt độ tiếp tục xuống, vật liệu sẽ trở thành thủy tinh, với các phân tử bị rối loạn tạo thành một loại chất rắn vô định hình.

Phân tử linh hoạt

Về cơ bản, các phân tử có liên kết linh hoạt hoạt động theo cách này do hai lực cạnh tranh trong chất lỏng khi nó nguội đi: năng lượng và entropy, đó là thước đo cho sự lộn xộn của một hệ thống. Trong chất lỏng, các phân tử được sắp xếp ngẫu nhiên, trong khi trong tinh thể, chúng được nhóm lại thành các mẫu nhất định.

Khi nhiệt độ giảm, các phân tử bắt đầu tổ chức để chúng sử dụng ít năng lượng hơn. Do đó, entropy giảm khi nước đóng băng. Nhưng các phân tử keo có liên kết linh hoạt có những cách khác để kết nối với nhau, nhiều khả năng nhóm lại bốn đến bốn và tạo thành một cấu trúc rối loạn.

Kết quả là một chất lỏng hoạt động như một chất rắn. Và trong khi tất cả được thực hiện trên máy tính, các nhà khoa học Frank Smallenburg của Đại học Sapienza ở Rome cho biết phần mềm này mô tả các hệ thống thực, và trích dẫn một số polymer và thậm chí DNA là các phân tử có thể làm điều đó. Bước tiếp theo của nghiên cứu sẽ là thử nghiệm với các vật liệu thực sự.