Тверде як алмаз. Американські вчені розкрили секрет створення надміцного скла

Використовуючи передові комп’ютерні моделі, дослідники довели можливість існування так званого«ідеального скла» — матеріалу, який поєднує в собі хаотичну структуру рідини та ідеальну впорядкованість кристала.

Читайте также: Потаємні галактики. Астрономи склали найбільшу 3D-карту раннього Всесвіту

Результати дослідження, опубліковані в престижному журналі Physical Review Letters, кидають виклик традиційним уявленням про стан матерії.

Концепцію ідеального скла вперше описав хімік Вальтер Каузман у 1948 році. Він припустив, що при надшвидкому охолодженні рідини можна досягти температури, за якої її ентропія(міра безладу) стане мінімальною, а структура — максимально щільною. У такому стані молекули розташовані випадковим чином, але настільки ідеально підігнані одна до одної, що будь-яка зміна їхнього положення стає неможливою.

Досі створення такого матеріалу вважалося парадоксом, оскільки звичайне охолодження вимагало б нескінченно багато часу. Проте команда під керівництвом Віоли Болтон-Лум застосувала в моделюванні спеціальний алгоритм — своєрідний«чит-код», який дозволяв змінювати розмір частинок скла безпосередньо в процесі їхнього пакування. Це дозволило досягти стану гіперрівномірності: у структурі немає порожнеч або скупчень, а кожна частиця має рівно шість точок контакту з сусідніми елементами.

Читайте также: Гібридна піна. Вчені створили матеріал, який поглинає удари у 10 разів ефективніше за звичайні матеріали

Таке скло володіє унікальними фізичними властивостями. На відміну від звичайного скляного посуду, який при ударі генерує хаотичні вібрації, «ідеальне скло» реагує на механічний вплив із бездоганною рівномірністю, подібно до алмаза. Воно набагато твердіше, стабільніше та здатне витримувати навантаження, які зруйнували б будь-який сучасний аналог.

Хоча наразі дослідження є теоретичним і реалізованим лише у двовимірному просторі, воно доводить, що такий стан матерії не є фізично неможливим. Тепер перед вченими стоїть завдання знайти спосіб відтворити лабораторний«алгоритм» у реальних виробничих процесах. Якщо фізикам вдасться втілити цю модель у життя, світ отримає новий клас матеріалів із фантастичними характеристиками, що знайдуть застосування від електроніки до космічних технологій.