Nowa wskazówka w szklanej zagadce
Szkło tworzy się podczas witryfikacji, procesu, w którym ciecz tworząca szkło jest schładzana i staje się ciałem stałym, którego molekuły są w sposób nietrwały zamknięte w strukturze krystalicznej. Szkło jest typem ciała w stanie amorficznym — tj. w stanie skupienia materii gdzieś pomiędzy stanem stałym a ciekłym — dotyczy to również zwykłego szkła okiennego. Zespół projektu "The energy landscapes of metastable states of supercooled liquids" (EL-GLASS) posłużył się zaawansowanymi technikami obliczeniowymi, aby wyjaśnić procesy molekularne zachodzące podczas witryfikacji. Symulacje Monte Carlo pozwoliły zbadać przestrzeń fazową, dzięki czemu naukowcy mogli przedstawić wszystkie możliwe stany skupienia szkła. W celu optymalizacji określenia parametrów, badacze porównali różne algorytmy. Mając do dyspozycji te narzędzia, zespół projektu EL-GLASS dodał nowy element do starego modelu, który wydaje się poprawić jego zdolność symulowania zachowania szkła. W tak zwanym modelu przemian fazowych losowych pierwszego rzędu, ciecz tworząca szkło składa się ze szklistych klastrów nieustannie tworzonych i niszczonych. Poniżej około dwóch trzecich temperatury zamarzania, odkryli oni, że rozmiar szklistych klastrów staje się większy niż pewna skala długości. W szczególności, gdy szkliste klastry stają się wystarczająco duże, zaczynają one zachowywać się pod wieloma względami jak ciało stałe. Ich skalę długości obliczono w drodze szeroko zakrojonych badań nad ciekłymi przestrzeniami wokół zamarzniętych cząstek. Biorąc pod uwagę prawa termodynamiki, które rządzą właściwościami cząsteczek w stanie ciekłym i stałym, jest to kluczowy składnik modelu odróżniający go od konkurencyjnych teorii. Ciekłe kryształy szkliste to nowa klasa materiałów fotoelektronicznych, co nie jest zaskoczeniem. Charakteryzują się lepszą jakością optyczną na dużym obszarze bez granic międzyziarnowych. Projekt EL-GLASS w znacznym zakresie uczestniczył w wysiłkach poświęconych w ostatnich latach opracowaniu materiałów szklistych i lepszej stabilności morfologicznej.
Słowa kluczowe
Szkło, ciało stałe, ciecz, witryfikacja, symulacje Monte Carlo, przestrzeń fazowa, algorytm, termodynamika, ciekłe kryształy szkliste, fotoelektronika
