Glazen zijn amorfe (niet-kristallijne) vaste stoffen die veel worden gebruikt in het dagelijks leven en in technologische instrumenten. Het is belangrijk om het gedrag van materialen die glazen vormen te begrijpen; dat is, om de dynamiek van hun glasovergang te bestuderen, dat is de overgang van de vloeibare toestand naar een glazen toestand met afnemende temperatuur of toenemende druk. Er zijn meerdere theoretische modellen ontwikkeld om de relaxatiedynamiek van materialen die glazen vormen te verklaren. Een voorbeeld van zo'n model is de dynamische facilitatietheorie, die voorspelt dat de dynamiek van systemen heterogeen is en dat ontspanning parabolisch gedrag vertoont.

"De algemene voorspellingen van de dynamische facilitatietheorie gelden voor thermische systemen, " legt hoofdonderzoeker Masaharu Isobe uit. "Echter, deze theorie was niet uitgebreid tot systemen die door druk worden bestuurd."

De onderzoekers onderzochten numeriek het glasovergangsgedrag van tweedimensionale binaire mengsels van systemen met harde deeltjes (harde schijf), waarbij druk in plaats van temperatuur als de belangrijkste variabele werd beschouwd. Hun doel was om algemene eigenschappen van langzame relaxatie onder supergecomprimeerde omstandigheden te bepalen en te onderzoeken of dynamische facilitatietheorie van toepassing was op harde schijfsystemen onder hoge druk.

Ze gebruikten de Monte Carlo-methode met gebeurtenissenketen om de evenwichtstoestanden van verschillende harde schijfsystemen bij verschillende drukken te berekenen. Met deze methode konden de evenwichtsfasen in de systemen, inclusief amorf, gemengd kristallijn, kristallijn-amorf composiet, en kristallijn - om nauwkeurig te worden geïdentificeerd. Als resultaat, de onderzoekers konden de relaxatiedynamiek in het gewenste supergecomprimeerde gebied onderzoeken. Ze ontdekten dat hun resultaten de dynamische facilitatietheorie op twee manieren bevestigden.

"We hebben bevestigd dat gelokaliseerde effectieve excitaties, willekeurig verdeeld in de geëquilibreerde systemen, relaxatie mogelijk maakten en gemiddelde relaxatietijden verlengd met toenemende compressie, "zegt Isobe. "Beide resultaten geven aan dat de theorie van dynamische facilitatie van toepassing is op supergecomprimeerde harde schijfsystemen."

Deze resultaten vergroten de fundamentele kennis van het gedrag van materialen onder druk, en kan bijdragen aan de ontwikkeling van glas met gewenste eigenschappen voor specifieke toepassingen.