研究人员揭开了玻璃形成和结晶之间的物理联系之谜

玻璃是无定形固体，这意味着它们既不是流体也不是晶体。它们是凝聚态物理中最大的谜题之一。玻璃是如何形成的一直是一个争论多年的问题。是因为某些区域热运动的冻结吗?还是由于不适合产生晶体的簇或粒子?欧洲杯猜球平台

科学家们美因茨约翰内斯古腾堡大学在将这两种对立的观点整合到模型中方面迈出了巨大的一步。利用显微镜和光散射的智能结合，研究人员可以证明，在硬球体的熔体中，微小的压缩区域形成了数百个球体。这些前体是平均过冷结晶和大过冷玻璃形成的开始。

科学家们注意到，尽管这些前体中的粒子数量迅速增加，但它们的移动受到了极大的限制，并在过冷期欧洲杯猜球平台间进一步减少。只有很少的前体，结晶可能会在表面初始化。另一方面，这些前体的增加会增加它们阻塞的表面。此外，随着前驱体的增加，系统会卡死，所有额外的动态停止。这意味着从过冷和过冷的特定时间点开始，晶体的形成是不可能的。这项在JGU卓越研究生院“美因茨材料科学”(Mainz)进行的研究结果已经在《自然物理》杂志上作为一个优秀的在线出版物进行了报道。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

玻璃和晶体都可以从熔体中形成，尽管它们是两种不同的结构。在玻璃中，原子保持其混沌状态，就像在液体中看到的那样，而在晶体中，它们保持着极其规则的晶格结构。凝固过程决定了将形成哪种组织。美因茨大学的实验并不是针对特定玻璃的生产，比如安全窗或光纤在通信中的应用。

他们专注于对玻璃形成过程的卓越理解，这是JGU凝聚态物理组的一个常规研究课题。科学家们观察了无定形固体的形成，并使用了硬球的研究模型。过冷不会通过降低温度而发生;它是通过提高聚合物球的浓度来实现的。当悬浮液中大于50%的体积被硬球覆盖时，就会形成晶体，而大于60%时就会形成玻璃。在过去的许多年里，在溶剂中这样的微尺寸聚合物球系统一直是研究的对象，因为它们模仿了理想的硬球的行为，这被计算机模拟和理论很好地理解。

自20世纪90年代以来，众所周知，除了原子运动(动态和结构不均匀区)不同的区域外，硬球熔体也有不同顺序和密度的区域。从那时起，这两个因素在凝固过程中所起的作用一直是理论物理学家研究和争论的主要领域。

我们现在所确定的是，这些区域实际上是相同的，从而平息了争论。

托马斯·帕尔伯格教授，美因茨大学物理研究所

绘制硬球悬架内的运动性

美因茨卓越研究生院和帕尔伯格研究小组的合伙人塞巴斯蒂安·戈尔德(Sebastian Golde)在光学实验中检查了硬球模型系统，以了解所发生的过程。

我们可以证明有更密集的球体和更有序的球体的区域与硬球体移动更慢的区域一致。

Sebastian Golde，美因茨卓越研究生院副院长

因此，长期以来有关两个不同区域的不均匀性的谜题已经被解决了。

所用的方法是动态和静态光散射的混合。

我们分析对准样品的激光束有多少光在给定方向上被散射。这告诉我们样本结构。但我们也分析了散射后它是如何闪烁的。这告诉我们粒子运动的速度。欧洲杯猜球平台

Sebastian Golde，美因茨卓越研究生院副院长

戈尔德的设备是由汉斯·约阿希姆博士Schöpe设计的，他最近转到了Tübingen大学。利用智能成像系统，戈尔德可以获得高分辨率的动态地图，其分辨率略低于先行者。类似于产生图像的相机，其结果是一张捕捉不同区域动态任务的照片。科学家们注意到，随着时间的增加，带有缓慢移动球体的微小密集区域就会产生。

它们的形成速度决定了在发生干扰之前是否有足够的时间形成晶体。由于前驱体的形成速度依赖于硬球浓度，结晶发生在低浓度的硬球。然而，当浓度较高时，系统会凝固成玻璃，因为这些被压缩的区域会迅速被冻结。

换句话说，当大量的结晶前体形成时，玻璃就产生了，它们实际上相互阻止。对我们来说，这意味着在这两种固定的情景之间发现了一种意想不到的、令人着迷的联系。可以说，这是拼图中最重要的缺失部分之一。

托马斯教授Palberg，美因茨大学物理研究所

这些发现应该是极其普遍的，但也应该对其他模型系统进行检验，以支持对导致玻璃形成的动力和结构不均匀性的一致分析。