Wetenschap
Op weg naar een uniforme theorie voor de dynamiek van glasachtige materialen
Op het gebied van wanorde en amorfe systemen, zoals oxideglazen die worden gebruikt in displaytechnologieën en de cryogene conservering van biologische materialen, bestaat er een aanzienlijke hoeveelheid hedendaags wetenschappelijk en technologisch onderzoek.
Een onderscheidend kenmerk van wanordelijke materialen is de aanwezigheid van ingewikkelde dynamische gedragingen, bekend als relaxatieprocessen, die zich uitstrekken van atomaire trillingen op de picoseconde tijdschaal tot verouderings- en verdichtingsprocessen die zich over duizenden jaren kunnen uitstrekken. Deze relaxatieprocessen spelen een cruciale rol bij het vormgeven van de diverse eigenschappen van glasachtige materialen.
Recent onderzoek op het gebied van de glaswetenschap heeft een verscheidenheid aan specifieke dynamische verschijnselen binnen glasachtige materialen aan het licht gebracht, wat onderzoekers ertoe aanzet te zoeken naar een verenigend principe dat deze processen over een breed spectrum van materialen kan ophelderen.
Hai-Bin Yu van de Huazhong Universiteit van China en Konrad Samwer van de Universiteit van Göttingen erkenden het ontbreken van een alomvattend theoretisch raamwerk voor het begrijpen van ontspanningsdissipatie in wanordelijke systemen. Hun onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift National Science Review .
Ze gingen de uitdaging aan en stelden een nieuw perspectief voor om dit probleem aan te pakken. Terwijl eerdere studies zich doorgaans verdiepten in de relaxatiedynamiek van individuele deeltjes in glasachtige materialen, kozen Yu en Samwer ervoor om het systeem als geheel te bekijken, waarbij ze zich concentreerden op de overkoepelende patronen van inherente structuren.
Deze nieuwe aanpak werpt licht op de complexe uitdagingen in het veld. Door dit concept te omarmen, introduceerden ze een globale ordeparameter, genaamd de inherente structuur minimale verplaatsing (IS Dmin ), om de variabiliteit van configuraties te meten met behulp van een methodologie voor het matchen van patronen.
Door atomaire simulaties uit te voeren op zeven modelglasvormende vloeistoffen, waren ze in staat om de impact van temperatuur, druk en verstoringstijd op relaxatiedissipatie te verenigen door middel van een schaalwet die de mechanische dempingsfactor koppelt aan IS Dmin . Ze maakten duidelijk dat deze schaalwet een weerspiegeling is van de kromming van het lokale potentiële energielandschap.
Bijgevolg identificeerden ze met succes een universele basis voor glasachtige relaxatie, waarbij ze voorstelden dat de variabiliteit van configuraties, zoals gekwantificeerd door IS Dmin bepaalt op unieke wijze de relaxatiedemping.
Dit werk presenteert niet alleen een innovatieve benadering voor het bestuderen van wanordelijke systemen, maar dient ook als inspiratie en toont het potentieel van geavanceerde patroonmatchingstechnieken als krachtige hulpmiddelen voor het analyseren van complexe systemen.