物理學家觀察到一種全新的物質狀態

2021-01-21 科技領航人

物理學家已經發現了一種新的物質狀態，該狀態隱藏在玻璃的液態和固態之間發生的神秘轉變中。

玻璃化轉變對科學家非常著迷，新的物質狀態——稱為「液體玻璃」——在微觀水平上表現出前所未有的行為，將其與先前觀察到的現象區分開來。

這種新狀態似乎存在於固體和膠體（例如凝膠）之間：具有微小但仍大於原子和分子且易於研究的顆粒的均勻混合物。在這種情況下，會製作出量身定製的微小塑料橢圓形膠體，並在溶劑中混合在一起。

液態玻璃簇中的橢球形顆粒。

「從理論上講，這是令人難以置信的，」德國康斯坦茨大學軟凝聚物理論教授馬蒂亞斯·福克斯（Matthias Fuchs）說，「我們的實驗提供了證據，證明了科學界已經關注了很長時間的臨界波動與玻璃狀中止之間的相互作用。」

當物質從液體轉變為固體時，它們的分子通常會排成一行，形成一種結晶模式。對於玻璃而言並非如此，這就是科學家如此熱衷於分析和解構玻璃的原因：對於玻璃（以及類似玻璃的材料），分子被鎖定或凍結在無序狀態。

在液體玻璃中，科學家注意到膠體能夠移動，但不能旋轉——它們比玻璃中的分子具有更大的柔韌性，但不足以使其與已經被廣泛研究的常規材料相媲美。

通過使用橢球形膠體而不是標準球形，可以觀察到這些鎖定的旋轉。粒子以相似的方向成簇地聚集在一起，然後在物質內部相互阻塞。

康斯坦茨大學物理化學教授安德烈亞斯·祖姆布施（Andreas Zumbusch）解釋說：「由於它們的形狀各異，與球形粒子相反，我們的粒子具有定向性，這導致了全新的，以前未被研究的複雜行為。」

研究人員說，新的物質狀態實際上是兩個相互競爭的液-固過渡相互作用，形成了不同性質的混合物。顆粒的形狀和濃度似乎對於製造這種液體玻璃至關重要。

與玻璃化轉變一樣，仍然存在許多懸而未決的問題，但是研究作者希望，科學家們已經預測了二十年的液態玻璃的發現，可以幫助我們更好地了解玻璃化轉變如何在最小的情況下起作用。

這些發現也有可能超越玻璃，可以揭示從最小的生物細胞到最大的宇宙系統的所有事物——任何存在無法解釋的紊亂的情況。

「我們的結果揭示了對局部結構和相變之間相互作用。」研究人員在論文中寫道，「這有助於指導諸如膠體結構的自組裝等應用，並且還提供了形態對玻璃過渡的重要性的證據。」

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