PRL: создана модель идеального стекла, которое ведет себя как кристалл

Американские физики показали, что так называемое "идеальное стекло" может существовать. Теоретическую модель материала, который десятилетиями считался парадоксом, создали исследователи из Университета Орегона. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Обычное стекло по структуре ближе к жидкости, чем к кристаллу: его молекулы расположены беспорядочно и могут образовывать множество различных конфигураций. Поэтому стекло считается аморфным материалом. В кристаллах, наоборот, атомы выстраиваются в строгую и повторяющуюся решетку.

Идея "идеального стекла" предполагает необычное состояние вещества. Внешне его структура остается случайной, однако на самом деле она является единственно возможной. В физике это состояние описывают как систему с минимальной энтропией — то есть без альтернативных способов расположения частиц.

Такую возможность еще в 1948 году предположил химик Уолтер Дж. Каузманн. Он заметил, что при охлаждении жидкостей энтропия стекла уменьшается и теоретически может достичь предела, при котором структура станет уникальной.

В новой работе ученые использовали компьютерное моделирование и показали, что подобное состояние возможно в двумерной системе частиц. В симуляции ученые позволили частицам менять размер во время упаковки — это помогло получить аморфную, но при этом очень упорядоченную структуру.

Модельное стекло оказалось особенно устойчивым: каждая частица в среднем имеет шесть контактов с соседними, что делает материал более твердым и стабильным. При ударе он также должен вести себя иначе, чем обычное стекло — колебания будут равномерными, как у кристаллов.

Пока идеальное стекло существует только в теории. Ученые отмечают, что создать его с помощью обычных методов охлаждения невозможно, поэтому для получения такого материала потребуются новые технологические подходы.