Український телекомунікаційний портал

<р>Американські фізики зробили важливий крок у розв’язанні давньої наукової загадки, показавши за допомогою комп’ютерного моделювання, що так зване «ідеальне скло» може існувати. Це дослідження допомагає пояснити парадокс, який десятиліттями обговорювали вчені: чи може скло, що зазвичай має хаотичну структуру, водночас проявляти властивості кристалу.



<р>Звичайне скло, наприклад те, з якого зроблено склянку для води, насправді більше нагадує рідину, ніж тверде тіло. Його молекули розташовані без чіткої структури, у випадковому порядку — подібно до того, як вони поводяться в рідині. На відміну від кристалів, де атоми впорядковані в регулярну решітку, структура скла є аморфною, тобто не має чіткої геометричної системи.



<р>Проте ще у 1948 році хімік Вальтер Каузманн висунув гіпотезу про існування «ідеального скла». Він припустив, що під час охолодження рідини ентропія — показник безладу в системі — поступово зменшується. Теоретично може існувати температура, за якої ентропія стане мінімальною. У такому стані структура залишатиметься аморфною, але буде настільки щільно й точно «упакованою», що її вже неможливо буде перебудувати іншим способом.



<р>Ця ідея викликала чимало дискусій серед фізиків і матеріалознавців, адже така форма скла виглядає суперечливою: вона поєднує хаотичну структуру з максимальною впорядкованістю.



<р>У новому дослідженні команда вчених з Університету Орегону під керівництвом фізикині Віоли Болтон-Лам використала комп’ютерні моделі, щоб показати, що ідеальне скло може існувати принаймні в двовимірній системі. У такій моделі частинки матеріалу розташовані аморфно, але водночас настільки рівномірно та щільно, що вся структура поводиться подібно до ідеального кристалу.



<р>Під час моделювання дослідники з’ясували, що звичайне охолодження рідини не дозволить досягти такого стану — на це знадобився б практично нескінченний час. Тому вони застосували своєрідний «обхідний метод»: у симуляції частинки могли змінювати свій розмір під час ущільнення. Така додаткова гнучкість дозволила створити структуру, яка виглядає аморфною, але демонструє кристалічну стабільність.



<р>У результаті кожна частинка матеріалу має в середньому шість точок контакту з сусідніми частинками, що забезпечує високу міцність і стабільність. Крім того, така структура демонструє явище, відоме як гіпероднорідність: у матеріалі відсутні скупчення частинок або порожні ділянки — простір заповнений максимально рівномірно.



<р>Ще однією цікавою особливістю ідеального скла може бути його поведінка під час удару. Звичайне скло після удару вібрує хаотично, тоді як ідеальне скло, за прогнозами дослідників, коливатиметься рівномірно і впорядковано — подібно до кристалів, наприклад алмазу.



<р>Втім, варто зазначити, що поки що йдеться лише про теоретичну роботу. У лабораторії ідеальне скло ще ніхто не створив, а звичайні методи нагрівання та охолодження для цього, ймовірно, не підходять. Для практичного виготовлення такого матеріалу доведеться розробити нові технології, які зможуть відтворити алгоритм ущільнення, використаний у комп’ютерній моделі.



<р>Попри це, дослідження показує, що ідеальне скло не є неможливою концепцією. Якщо в майбутньому вдасться створити такий матеріал у реальності, він може мати унікальні властивості та знайти застосування в різних технологічних галузях. Робота відкриває новий напрямок для матеріалознавства і дає підстави припускати, що одного дня «ідеальне скло» може перестати бути лише теоретичною ідеєю.



<р>Дослідження було опубліковано в журналі <а hrеf="httрs://dоі.оrg/10.1103/vldy-r77w" tаrgеt="_blаnk" rеl="nоrеfеrrеr nоореnеr"><еm>Рhysісаl Rеvіеw Lеttеrs.