Теоретический материал. Ученые смоделировали идеальное стекло, которое ведет себя как кристалл

Об этом пишет издание Interesting Engineering.

Исследование провел физик Эрик Корвин из Университета Орегона, США. С помощью сложного компьютерного моделирования его команда смогла расположить молекулы максимально плотно и стабильно, при этом оставив материал аморфным, то есть без привычного для кристаллов порядка. Стекло считается необычным, потому что оно затвердевает, хотя молекулы в нем расположены хаотично.

«Если посмотреть на стекло на молекулярном уровне, молекулы расположены аморфно, они как будто случайно плотно прижаты друг к другу, но структуры нет», — пояснил Корвин.

Идея «идеального стекла» была предложена в 1948 году химиком из Принстона Вальтером Каузманом. Он предположил, что охлаждение стекла до достаточно низкой температуры может создать стабильную аморфную структуру, где молекулы максимально плотно упакованы. Природа такого стекла не создавала, поэтому команда Корвина смоделировала его самостоятельно.

Исследователи начали с двумерной системы, где молекулы изображали как круглые диски. Они использовали принцип структуры кристаллов, где каждый диск окружен шестью соседями, но убрали повторяющийся кристаллический порядок, оставив плотную упаковку.

Результат — полностью аморфная структура, которая по механическим свойствам ведет себя как кристалл. Моделирование показало, что материал устойчив к давлению, изгибу и плавлению, хотя молекулы не образуют упорядоченной структуры. «Наша структура механически ведет себя точно как кристалл, хотя она полностью аморфная», — отметил Корвин.

Понимание этого состояния поможет изучать процесс перехода жидкостей в твердое стекло и может ускорить разработку новых материалов, в частности металлических стекол, которые сочетают прочность металлов с гибкостью аморфных структур.

Корвин добавил, что более глубокое понимание перехода в стекло позволит создавать сплавы, которые можно охлаждать медленнее, что облегчит производство деталей для автомобилей или самолетов. Следующим шагом исследователей станет моделирование идеального стекла в трехмерных системах.