Gli occhiali hanno una struttura disordinata simile a un liquido ma proprietà meccaniche simili a un solido. Questo porta a uno dei misteri centrali degli occhiali:perché non scorrono come liquidi? Questa domanda è così importante che è stata selezionata dalla rivista Scienza nel 2005 come una delle 125 chiavi, domande scientifiche senza risposta, e uno degli 11 importanti problemi fisici irrisolti.

Difficilmente possiamo osservare i movimenti degli atomi su una scala di lunghezza di ~ 0,1 nanometri e una scala di tempo di ~ 1 nanosecondo. Fortunatamente, però, gli scienziati hanno scoperto che i sistemi colloidali hanno comportamenti di fase simili ai sistemi atomici. I colloidi sono considerati grandi "atomi" che rivelano informazioni microscopiche sulle transizioni di fase che non possono essere facilmente ottenute dai materiali atomici.

Nell'ultimo decennio, gli occhiali colloidali hanno suscitato molto interesse, con conseguenti numerose e importanti scoperte. Però, la maggior parte di questi studi riguarda particelle sferiche che tendono a formare strutture cristalline locali o di medio raggio. Sfortunatamente, tali studi non sono ampiamente applicabili poiché la maggior parte dei vetri non è composta da sfere e non ha una struttura cristallina.

Per contrastare questo problema, ricercatori dell'Istituto di meccanica dell'Accademia cinese delle scienze e dell'Università di scienza e tecnologia di Hong Kong hanno recentemente condotto per la prima volta studi sperimentali su sistemi vetrosi composti da particelle non sferiche.

I ricercatori hanno scoperto che i monostrati di ellissoidi monodispersi sono buoni formatori di vetro e non formano strutture cristalline locali. Così, forniscono un sistema ideale e generale per rilevare l'origine strutturale della dinamica di rallentamento quando si avvicina la transizione vetrosa.

Infatti, i formatori di vetro hanno forti eterogeneità dinamiche, cioè., alcune regioni si muovono velocemente e altre lentamente. Questi risultati mostrano che le strutture con bassa entropia strutturale corrispondono bene a dinamiche lente, mentre le regioni a rapido rilassamento (fluente) hanno un'elevata entropia strutturale.

In bicchieri composti da particelle sferiche, alcune strutture poliedriche erano generalmente considerate responsabili della dinamica lenta. Però, un tipo di poliedro esiste solo in certi sistemi di sfere. L'entropia strutturale misura il livello di disordine in una struttura, comprese varie strutture locali specifiche, per esempio. poliedri virosi che esistono in sistemi composti da sfere. Così, la bassa entropia strutturale è una caratteristica strutturale generale della dinamica lenta nella materia vetrosa, che vale in sistemi composti da sfere e non sfere.

Inoltre, i ricercatori hanno osservato comportamenti critici simili a Ising in un punto di transizione vetrosa ideale sia nelle strutture statiche che nelle dinamiche lente. Tali comportamenti sono una caratteristica quantitativa della transizione termodinamica che spiega se la transizione vetrosa è puramente dinamica o termodinamica (strutturale), poiché non ci sono strutture di ordinazione nei bicchieri.

"L'osservazione dei comportamenti critici nei vetri ellissoidi fornisce prove quantitative molto più solide della natura termodinamica della transizione vetrosa, " ha detto Wang Yuren, corrispondente autore dello studio. "I risultati gettano nuova luce sia sui misteri della teoria del vetro che sulla progettazione di materiali con elevata stabilità e capacità di formatura del vetro".