Bo Li e Kai Kou, Ricercatori dell'IBS Center for Soft and Living Matter, insieme a Walter Kob, Professore dell'Università di Montpellier e dell'Istituto Universitaire de France, e Steve Granick, Direttore dell'IBS Center for Soft and Living Matter, rapporto insieme in Natura che l'inizio della transizione vetrosa è un processo altamente non banale che coinvolge risposte non lineari complesse.

Come sostanza che dà un notevole impulso sia alla comodità della nostra vita quotidiana che al progresso della scienza e della tecnologia moderne, gli occhiali ci lasciano perplessi, però, a livello di scienze di base. "Gli occhiali vedono molti studi incrementali ma raramente una svolta, indipendentemente dagli sforzi di generazioni di scienziati, " ha commentato Granick.

La scala di lunghezza dinamica non monotona riportata che raggiunge il picco alla temperatura di inizio sovverte l'idea prevalente che la formazione della gabbia sia un semplice crossover tra liquido e vetro. "Una questione centrale nella scienza del vetro è il processo di formazione della gabbia che conferisce ai materiali vetrosi le loro proprietà ottiche e meccaniche uniche, " disse Kob.

"E abbiamo colpito direttamente il problema eccitando localmente un vetro colloidale usando raggi laser, " disse Li.

L'emergere della scala di lunghezza non monotona deriva dall'accumulo di domini con dinamiche cooperative che diventano sempre più rigide e iniziano a dominare la dinamica delle particelle. "Proprio come il dipinto di Seurat, il mosaico dei grani dinamici e la formazione della gabbia è direttamente correlato alla loro fusione, "dice Kob.

"La bellezza della scienza qui è che siamo in grado di vedere come i bicchieri germinano dai liquidi al microscopio, " disse Li.

Il semplice quadro fisico delle dinamiche cooperative potenziate per la risposta non monotona suggerisce che il risultato dovrebbe essere generale. Kob ha detto, "È incredibile che la regola fisica dietro a una dinamica così ricca sia così concisa".

Li aggiunge, "Le nostre scoperte in un sistema modello ben definito aiuteranno a comprendere meglio altri sistemi vetrosi o disordinati come il polimero, vetri granulari e atomici, eccetera."

Oltre al comportamento non monotono, una relazione di scala tra la morfologia e la dimensione del pattern di eccitazione viene estratta sulla base di un'enorme quantità di dati sperimentali. "La deviazione di questa relazione riflette il grado di eterogeneità di un materiale a determinate condizioni, " ha detto Li. Granick ha osservato, "Questa legge di scala, oltre alla sua importanza teorica per i fisici, interesserà anche i chimici e gli scienziati dei materiali offrendo loro un "regolo" che guidi la progettazione e la sintesi dei materiali di vetro."

Oltre a illuminare il primo passo della transizione vetrosa, questo esperimento dimostrativo apre la strada alla comprensione fondamentale degli occhiali. "Usando il laser come lancetta, un campione di vetro può essere anatomicamente preciso, ", ha detto Granick.

"Comportamenti sempre più esotici ma sconcertanti nei bicchieri verranno valutati in questo modo, " predisse Kob.

Questo lavoro è motivato dalle sfide di vecchia data nella scienza del vetro. Le dinamiche lente e altamente accoppiate seppelliscono sempre l'effetto chiave. "Se solo potessi rimpicciolirmi, saltare nel sistema e mescolare l'ambiente circostante, " ha detto Li. Il sistema laser olografico a femtosecondi originariamente sviluppato da Kou soddisfa perfettamente le esigenze dell'eccitazione locale. Un prezioso supporto teorico è ottenuto da Kob per raffinare le complesse osservazioni sperimentali in concisi principi fisici. "L'ambiente altamente interdisciplinare nel nostro centro e di successo la collaborazione internazionale rende reale un brainstorming una volta improbabile, " ha commentato Granick.

Granick e Kob hanno concluso, "Il campo della scienza del vetro, essendo classico ma costantemente impegnativo, è promosso da questi esperimenti che chiariscono l'inizio della transizione vetrosa. Viene rivelata l'importanza concettuale della formazione della gabbia per le proprietà dei materiali vetrosi. E l'approccio micro-reologico qui adottato, un giorno, apre le porte a una comprensione approfondita degli occhiali".