Вчені наблизилися до розгадки того, чому скло суперечить багатьом законам фізики і має ряд унікальних властивостей.
За допомогою комп’ютерної моделі дослідники вирішили з’ясувати, як атомні частинки скла утримують його разом, незважаючи на відсутність традиційно впорядкованої структури. Дослідження показало, що насправді частинки, з яких складається скло, можуть сформувати міцний каркас ще до того, як речовина повністю охолоне.
Розрахунки показали, що каркас частинок, що сприймають деформації всередині в’язкого скла, успішно відповідає порогу перколяції — точці, в якій ця «сітка» з частинок стає досить щільною, щоб підтримувати матеріал і зберігати його міцність.
Коли гранульований матеріал стискається настільки сильно, що він утворює тверде тіло (уявіть, наприклад, ущільнення піщинок у скелі), дослідники описують отримане тверде тіло як «заблоковану систему». Ці системи мають деяку схожість з тим, що відбувається в охолоджуючому склі, і для порівняння цих стану команда вдалася до допомоги комп’ютерного моделювання.
Скло є частиною групи аморфних твердих тіл, у яких відсутні нормальний порядок і структура решітки молекул, які зустрічаються в кристалах. Це незважаючи на те, що ці тіла настільки ж міцні, як і кристали, у своїй охолодженій формі.
Замість чіткої структури лише невелика частина всіх частинок сприймає напругу посеред загального хаосу та безладу з мікроскопічної точки зору. Однак ці частинки повинні спочатку поширитися по всьому матеріалу. Нова робота пояснює, як відбувається цей процес, коли матеріал зазнає затвердіння після плавлення.
Вчені пояснюють, що частинки всередині мережі повинні бути пов’язані принаймні двома міцними зв’язками. Лише так може утворитися мережа, яка пов’язує всю систему разом, навіть якщо більша частина молекулярної структури все ще невпорядкована.
Скло є одним з найцікавіших матеріалів для вивчення, не в останню чергу тому, що воно сильно змінюється залежно від ступеня нагрівання та охолодження. При дуже низьких температурах воно навіть переходить в особливий, новий стан речовини.
“Наші відкриття можуть відкрити шлях до кращого розуміння аморфних твердих тіл з механічної точки зору”, – пишуть вчені. На практиці це означає, що в майбутньому нас чекає поява нового покоління надміцного скла, які можна буде застосовувати навіть в екстремальних умовах, наприклад в далеких космічних подорожах.