Een team van onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Tsukuba heeft een nieuw theoretisch model ontwikkeld om de verspreiding van trillingen door ongeordende materialen te begrijpen. zoals glas. Ze ontdekten dat naarmate de mate van wanorde toenam, geluidsgolven reisden steeds minder zoals ballistische deeltjes, en in plaats daarvan begon onsamenhangend te verspreiden. Dit werk kan leiden tot nieuw hitte- en breukvast glas voor smartphones en tablets.

Het begrijpen van de mogelijke vibratiemodi in een materiaal is belangrijk voor het beheersen van de optische, thermisch, en mechanische eigenschappen. De voortplanting van trillingen in de vorm van geluid van een enkele frequentie door amorfe materialen kan op een uniforme manier plaatsvinden, alsof het een deeltje is. Wetenschappers noemen deze quasideeltjes graag 'fonons'. Echter, deze benadering kan kapot gaan als het materiaal te ongeordend is, wat ons vermogen om de sterkte van glas onder een groot aantal omstandigheden te voorspellen beperkt.

Nutsvoorzieningen, een team van wetenschappers onder leiding van de Universiteit van Tsukuba heeft een nieuw theoretisch raamwerk ontwikkeld dat de waargenomen trillingen in glas verklaart met een betere overeenstemming met experimentele gegevens. Ze tonen aan dat het denken over trillingen als individuele fononen alleen gerechtvaardigd is in de limiet van lange golflengten. Op kortere lengteschalen, wanorde leidt tot meer verstrooiing en de geluidsgolven verliezen coherentie. "We noemen deze excitaties 'diffusies', ' omdat ze de onsamenhangende verspreiding van trillingen vertegenwoordigen, in tegenstelling tot de gerichte beweging van fononen, " legt auteur professor Tatsuya Mori uit. In feite, de vergelijkingen voor lage frequenties beginnen te lijken op die voor hydrodynamica, die het gedrag van vloeistoffen beschrijven. De onderzoekers vergeleken de voorspellingen van het model met gegevens verkregen uit natronkalkglas en toonden aan dat ze beter pasten in vergelijking met eerder geaccepteerde vergelijkingen.

"Ons onderzoek ondersteunt de opvatting dat dit fenomeen niet uniek is voor akoestische fononen, maar vertegenwoordigt eerder een algemeen fenomeen dat kan optreden bij andere soorten excitaties in ongeordende materialen, " co-auteurs professor Alessio Zaccone, Universiteit van Cambridge en professor Matteo Baggioli, Instituto de Fisica Teorica UAM-CSIC zeggen. Toekomstig werk kan betrekking hebben op het gebruik van de effecten van wanorde om de duurzaamheid van glas voor slimme apparaten te verbeteren. Het werk is gepubliceerd in The Journal of Chemical Physics als "Fysica van fonon-polaritonen in amorfe materialen" (DOI:10.1063/5.0033371).