Божевільна фізика: вчені вивчають створення нерідкої рідини

Занадто сильно знижуючи температуру, багато матеріалів стають твердим кристалом. Принаймні, саме так прогнозують теорії традиційної фізики. Однак правило може мати винятки, оскільки два вчені вважають, що вони знайшли рідину, яка, незважаючи на стан рідини, виявляється більш стійкою, ніж твердий кристал.

Експеримент, детально описаний у журналі Nature Physics, представив суто обчислювальну модель цієї цікавої рідини, проте він може запропонувати нові уявлення про процес утворення кристалів, а також запобігає їх утворенню або іншим чином викликає їх формування. вони не мають визначеної форми.

Як зробити рідину, яка не є рідкою?

Щоб побудувати цей химерний матеріал, вчені почали експериментувати з колоїдом, рідиною, яка має невеликі зважені частинки. Класичний приклад колоїду - молоко, яке, незважаючи на те, що його практично будує вода, змінило колір, смак та консистенцію через численні частинки жиру та білка, які плавають у суміші.

Однак молоко замерзає. Однак якщо молекули колоїду спеціально організовані, кристалізація не відбувається і матеріал набуває стійкої, твердої форми, що має молекулярну структуру рідини.

Використовуючи молекули з чотирма зв’язками в обчислювальній моделі, вчені зрозуміли, що кристалізація відбувається швидко, якщо ці зв’язки жорсткі. При згинанні зв’язки залишаються захаращеними і створюють зернисті скупчення. Якщо температура продовжує знижуватися, матеріал стає склом, з невпорядкованими молекулами, які утворюють вид аморфного твердого речовини.

Гнучкі молекули

В основному, молекули з гнучкими зв’язками поводяться таким чином через дві сили, що конкурують у рідині, коли вона охолоджується: енергія та ентропія, що є мірою того, як схожа система виглядає. У рідинах молекули розташовані випадковим чином, тоді як у кристалах вони згруповані в певні структури.

Коли температура падає, молекули починають організовуватися так, що вони використовують все менше і менше енергії. Таким чином, ентропія зменшується при замерзанні води. Але колоїдні молекули з гнучкими зв’язками мають інші способи з'єднання один з одним, набагато більше шансів згрупувати чотири-чотири і все ж утворюють невпорядковану структуру.

В результаті виходить рідина, яка поводиться як тверда речовина. І хоча це все робилося на комп’ютері, вчені Френк Смальленбург з Римського університету Сапіенца кажуть, що програмне забезпечення описує реальні системи та наводить деякі полімери та навіть ДНК як молекули, які це можуть зробити. Наступним кроком дослідження буде експеримент з реальними матеріалами.