Bo Li en Kai Kou, Research Fellows van IBS Center for Soft and Living Matter, samen met Walter Kob, Professor van de Universiteit van Montpellier en Instituut Universitaire de France, en Steve Granick, Directeur van het IBS Center for Soft and Living Matter, samen melden in Natuur dat het begin van de glasovergang een zeer niet-triviaal proces is met complexe niet-lineaire reacties.

Als een stof die een opmerkelijke impuls geeft aan zowel het gemak van ons dagelijks leven als de vooruitgang van de moderne wetenschap en technologie, bril puzzelt ons, echter, op het niveau van de basiswetenschap. "Een bril ziet veel incrementele studie, maar zelden een doorbraak, ongeacht de inspanningen van generaties wetenschappers, " merkte Granick op.

De gerapporteerde niet-monotone dynamische lengteschaal met een piek bij de begintemperatuur ondermijnt het heersende begrip dat kooivorming een eenvoudige kruising is tussen vloeistof en glas. "Een centrale vraag in de glaswetenschap is het proces van kooivorming dat de glasachtige materialen hun unieke optische en mechanische eigenschappen geeft, ' zei Kob.

"En we hebben het probleem direct aangepakt door een colloïdaal glas lokaal te exciteren met behulp van laserstralen, " zei Li.

De opkomst van de niet-monotone lengteschaal is het gevolg van de opbouw van domeinen met coöperatieve dynamiek die steeds rigider worden en de deeltjesdynamiek gaan domineren. "Net als het schilderij van Seurat, het mozaïek van de dynamische korrels en de kooivorming is direct gerelateerd aan het samensmelten ervan, ' zegt Kob.

"Het mooie van de wetenschap hier is dat we microscopisch kunnen zien hoe glazen uit de vloeistoffen ontkiemen, ' zei Li.

Het eenvoudige fysieke beeld van de verbeterde coöperatieve dynamiek voor de niet-monotone respons suggereert dat de bevinding algemeen zou moeten zijn. Kob zei, "Het is verbazingwekkend dat de fysieke regel achter zo'n rijke dynamiek zo beknopt is."

Li voegt toe, "Onze bevindingen in een goed gedefinieerd modelsysteem zullen helpen om andere glasachtige of ongeordende systemen zoals polymeer, korrelige en atomaire glazen, enzovoort."

Naast het niet-monotone gedrag, een schaalrelatie tussen de morfologie en de grootte van het excitatiepatroon wordt geëxtraheerd op basis van een enorme hoeveelheid experimentele gegevens. "De afwijking van deze relatie weerspiegelt de mate van heterogeniteit van een materiaal onder bepaalde omstandigheden, " zei Li. Granick merkte op, "Deze schaalwet, naast het theoretische belang voor natuurkundigen, zal ook chemici en materiaalwetenschappers interesseren door hen een 'heerser' te bieden die het ontwerp en de synthese van glasmaterialen leidt."

Naast het verlichten van de eerste stap van de glasovergang, dit proof-of-concept-experiment baant uiteindelijk de weg voor het fundamentele begrip van een bril. "Laser gebruiken als lancet, een glasmonster kan nauwkeurig worden geanatomiseerd, ' zei Granick.

"Steeds meer exotische maar raadselachtige gedragingen in een bril zullen op deze manier worden beoordeeld, ’ voorspelde Kob.

Dit werk wordt gemotiveerd door de al lang bestaande uitdagingen in de glaswetenschap. De trage en sterk gekoppelde dynamiek begraaft altijd het sleuteleffect. "Als ik mezelf maar kon verkleinen, spring in het systeem en roer de omgeving, " zei Li. Het femtoseconde holografische lasersysteem dat oorspronkelijk door Kou is ontwikkeld, voldoet perfect aan de behoeften van de lokale excitatie. Kob krijgt waardevolle theoretische ondersteuning voor het verfijnen van de complexe experimentele waarnemingen tot beknopte fysieke principes. "De zeer interdisciplinaire omgeving in ons centrum en succesvolle internationale samenwerking maakt een ooit onwaarschijnlijke brainstorm werkelijkheid, " merkte Granick op.

Granick en Kob concludeerden:"Het gebied van de glaswetenschap, klassiek maar constant uitdagend zijn, wordt bevorderd door deze experimenten die het begin van de glasovergang ophelderen. Het conceptuele belang van kooivorming voor de eigenschappen van glasachtige materialen wordt onthuld. En de micro-reologische benadering die hier wordt gevolgd, opent op een dag de deur naar een grondig begrip van de bril."