Предложен новый способ получения стекла

При охлаждении жидкости ниже температуры плавления она либо кристаллизуется, либо становится стеклом. Последнее является особенным состоянием вещества: стекло имеет механические свойства твёрдых тел, но при этом, подобно жидкостям, характеризуется аморфной структурой.

В 1952 году сэр Чарльз Фрэнк из Бристольского университета (Великобритания) предположил, что структура стекла не является полностью беспорядочной, как это бывает в случае любой жидкости, а содержит структурные мотивы, подобные квадратным антипризмам. Несмотря на то что существование таких мотивов было недавно подтверждено как экспериментально, так и теоретически, их роль при стекловании жидкостей до сих не находила объяснения.

Придание формы стеклу через плавление с последующим охлаждением (фото Birger Lallo / Nordicphotos / Corbis).

Учёные из университетов Дюссельдорфа (Германия) и Бристоля (Великобритания) в ходе компьютерного моделирования создали новый тип стекла, располагая атомы никель-фосфорного сплава таким способом, при котором они образовывали бы соответствующие полиэдры. При появлении последних текучесть, присущая жидкостям, исчезает, и вещество твердеет. Иными словами, обнаружено, что простым изменением структуры жидкость может быть легко превращена в стекло, без необходимости охлаждения.

Метод подразумевает проведение моделирования жидкостей, которое в данном случае было выполнено на суперкомпьютере BlueCrystal Бристольского университета. Несмотря на образование большого количества полиэдров (наличие ближнего порядка), в целом сохраняется довольно хаотическое, а не периодическое, как в кристаллах, расположение атомов. Всё это говорит об одном: полученная твёрдая фаза остаётся стеклом.

Таким образом, можно говорить о том, что структура контролирует, будет ли вещество жидким или твёрдым. Это, скорее всего, приведёт к созданию новых стёкол (таких как, например, металлические стекла), лёгкость и прочность которых обещают им самое светлое будущее в практическом применении. Другим примером могут быть халькогенидные стёкла, использующиеся при производстве компьютерной памяти и памяти с изменением фазового состояния.

Подробнее о новом методе получения стекла можно узнать из журнала Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Бристольского университета.