I ricercatori dell'UO hanno scoperto che le molecole nei materiali di vetro si comportano proprio come le particelle nella sabbia e nelle rocce mentre si incastrano insieme, un meccanismo che potrebbe stimolare le esplorazioni della materia condensata e dei sistemi complessi.

Il lavoro mostra che i materiali vetrosi cambiano la loro struttura organizzativa per comportarsi come sabbia quando sono incastrati, o compresso al punto da passare da liquido a rigido. La scoperta amplia la comprensione del movimento termico e degli stati vibrazionali che si verificano quando i materiali raggiungono l'inceppamento.

La scoperta è stata dettagliata in uno studio pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica che esamina cosa succede quando i materiali di vetro vengono compressi o raffreddati rapidamente. Nel macromondo, quel tipo di inceppamento è visto nel modo in cui il grano si muove attraverso una tramoggia o la sabbia in una clessidra.

La somiglianza appena trovata è importante per i ricercatori nel campo della materia condensata e dei sistemi complessi, e apre nuovi modi per esplorare materiali vetrosi attraverso la fisica computazionale, detto Francesco Arceri, l'autore principale dello studio e un dottorando nel laboratorio del Dipartimento di Fisica del coautore Eric Corwin.

"La nostra modellazione ha mostrato che il modo in cui gli occhiali rispondono alle sollecitazioni meccaniche è lo stesso dei materiali granulari, " ha detto Arceri. "La risposta meccanica di un materiale riguarda il modo in cui il calore si trasferisce attraverso di esso, quindi questo lavoro consente una migliore comprensione del motivo per cui le proprietà termiche e meccaniche dei vetri sono così diverse da quelle di altri solidi, come cristalli."

I ricercatori del laboratorio di Corwin sviluppano algoritmi per modellare sfere dure e morbide su supercomputer per studiare le strutture dei materiali per le loro firme geometriche di inceppamento, dove all'inizio della rigidità tutte le particelle hanno lo stesso numero di contatti.

Corwin fa parte di un team internazionale che studia la transizione dal liquido al vetro al variare della temperatura e della pressione nell'ambito di un'iniziativa "Cracking the Glass Problem" della Simons Foundation iniziata nel 2016. Anche un premio alla carriera della National Science Foundation a Corwin ha sostenuto la ricerca.

Il vetro nella sua forma solida è un insieme di colloidi, minuscole particelle sotto pressione molto forte. Quelle particelle di vetro solido assomigliano così tanto al materiale granulare, Arcieri ha detto "è notevole poiché i colloidi raggiungono l'inceppamento quando sono altamente compressi nel limite della pressione infinita mentre i grani si inceppano quando la pressione è zero e le particelle non si sovrappongono".

"Questa connessione apre nuove possibilità di confronto che prima non erano disponibili, " ha scritto C. Patrick Royall dell'Università di Bristol nel Regno Unito, in un commento sulla rivista Physics sul significato dell'articolo.

I ricercatori dell'UO, Royall ha notato, ha sfruttato una scappatoia sul jamming guardandolo dal basso invece di concentrarsi sull'inizio di una transizione jamming. Il team dell'UO ha riscontrato lo stesso comportamento in entrambi i punti del processo.

"Arceri e Corwin sono stati in grado di raffreddare efficacemente le sfere dure nelle loro simulazioni a una temperatura quasi zero e di trattarle come un materiale granulare, con interazioni efficaci quando le particelle non si toccavano, " Royall ha scritto. "Il sistema era meccanicamente stabile a frazioni di imballaggio inferiori a quelle di inceppamento, così come la transizione vetrosa, era possibile avvicinarsi al jamming dal basso."