Ein neuer Anhaltspunkt für das Glasrätsel
Glas wird durch Sinterung gebildet, ein Prozess, bei dem die glasbildende Flüssigkeit erkaltet und zu einem Festkörper wird, dessen Moleküle unbeständig in einer Kristallstruktur eingeschlossen sind. Glas ist eine Art formlose Flüssigkeit — ein Zustand zwischen festen und flüssigen Materialzuständen — zu denen auch das herkömmliche Fensterglas gehört. Um die molekularen Abläufe während der Sinterung zu erläutern, verwendete das Team des Projekts "The energy landscapes of metastable states of supercooled liquids" (EL-GLASS) fortgeschrittene Rechentechniken. Mithilfe von Monte-Carlo-Simulationen konnte man eine Probe des Phasenraums entnehmen, so dass die Wissenschaftler alle möglichen Zustände von Glas darstellen konnten. Die Forscher verglichen zahlreiche Algorithmen, um die Parameterbestimmung zu optimieren. Mit diesen Werkzeugen konnte das Team von EL-GLASS einem alten Modell eine neue Facette hinzufügen, mit der die Fähigkeit, das Verhalten von Glas nachzuahmen, scheinbar verbessert werden konnte. Im sogenannten zufallsbedingten Modell zum Phasenübergang erster Ordnung besteht die glasbildende Flüssigkeit aus gläsernen Clustern, die fortwährend erschaffen und wieder zerstört werden. Man fand heraus, dass die Größe der gläsernen Cluster bei etwas unterhalb von zwei Dritteln der Gefriertemperatur eine bestimmte Längenskala übersteigt. Besonders wenn die gläsernen Cluster groß genug werden, verhalten sie sich in vielerlei Hinsicht wie ein Festkörper. Ihre Längenskala wurde mithilfe umfassender Forschungsarbeiten zu flüssigen Hohlräumen, die gefrorene Teilchen umgeben, berechnet. Auf der Basis der Gesetze der Thermodynamik, welche die Eigenschaften von Teilchen in flüssigem und festem Zustand bestimmen, ist die Längenskala ein wesentlicher Bestandteil des Modells, wodurch es sich von konkurrierenden Theorien unterscheidet. Es überrascht nicht, dass gläserne Flüssigkristalle eine aufstrebende Klasse photoelektronischer Werkstoffe darstellen. Sie zeichnen sich durch eine höhere optische Qualität aus, die sich über eine große Fläche erstreckt und keine Korngrenzen aufweist. Das Projekt EL-GLASS hat einen wesentlichen Beitrag zu den Bemühungen der vergangenen Jahre geleistet, gläserne Werkstoffe mit einer höheren morphologischen Stabilität zu entwickeln.
