De studie, "Het ontrafelen van de dynamische vertraging in onderkoeld water:de rol van dynamische wanorde in sprongbewegingen", onderzoekt de microscopische mechanismen die het dynamische gedrag van water bepalen wanneer het tot onder het vriespunt wordt gekoeld zonder ijs te vormen. Het onderzoek is gepubliceerd in The Journal of Chemical Physics .

Wanneer water onderkoeld is, vertoont het een aanzienlijke dynamische vertraging zonder enige duidelijke structurele veranderingen. In dit onderzoek wordt de sprongdynamiek van watermoleculen, die elementaire processen zijn voor structurele veranderingen, bestudeerd met behulp van moleculaire dynamica-simulaties. De resultaten laten zien dat deze dynamiek afwijkt van de verwachte Poisson-statistieken als gevolg van dynamische wanorde naarmate de temperatuur daalt.

Dynamische wanorde verwijst naar de concurrentie tussen langzame variabelen en de sprongbewegingen van moleculen. De onderzoeker identificeerde de verplaatsing van het vierde dichtstbijzijnde zuurstofatoom van een springend molecuul als de langzame variabele die concurreerde met de sprongbeweging bij lagere temperaturen. Deze verplaatsing vindt plaats in een fluctuerende omgeving voorbij de eerste hydratatieschil en heeft een diepgaande invloed op de sprongdynamiek.

Naarmate de temperatuur daalt, wordt de dynamiek van watermoleculen steeds langzamer en intermitterend, omdat de moleculen gevangen zitten in uitgestrekte, stabiele domeinen met een lage dichtheid. Met verdere afkoeling worden de interacties tussen moleculen coöperatiever, waardoor de complexiteit en dimensionaliteit van de sprongdynamiek toeneemt.

Dit onderzoek verdiept ons begrip van onderkoeld water en biedt een basis voor toekomstige studies van de moleculaire dynamica van vloeistoffen die glasovergangen naderen. Glastransitieprocessen zijn relevant in een breed scala aan toepassingen.

De toepassing van de in dit onderzoek ontwikkelde methoden zal daarom inzicht geven in hoe de slow motion van verschillende materialen tot glasovergangen kan leiden. Bovendien maakt deze studie de weg vrij voor toekomstig onderzoek om de complexe dynamiek in andere systemen, zoals eiwitten, op te helderen.