Bo Li och Kai Kou, Forskare vid IBS Center for Soft and Living Matter, tillsammans med Walter Kob, Professor vid universitetet i Montpellier och Institut Universitaire de France, och Steve Granick, Direktör för IBS Center for Soft and Living Matter, rapportera tillsammans i Natur att glasövergångens början är en mycket icke-trivial process som innefattar komplexa olinjära svar.

Som ett ämne som ger en anmärkningsvärd impuls till både bekvämligheten i vårt dagliga liv och framsteg inom modern vetenskap och teknik, glasögon pusslar oss, dock, på den grundläggande vetenskapliga nivån. "Glasögon ser mycket inkrementell studie men sällan ett genombrott, oavsett ansträngningar från generationer av forskare, kommenterade Granick.

Den rapporterade icke-monotona dynamiska längdskalan som når topp vid börjanstemperaturen undergräver den vanliga förståelsen att burbildning är en enkel övergång mellan vätska och glas. "En central fråga inom glasvetenskap är burens bildningsprocess som ger de glasartade materialen deras unika optiska och mekaniska egenskaper, "sa Kob.

"Och vi träffade problemet direkt genom att lokalt spänna ett kolloidalt glas med laserstrålar, "sa Li.

Framväxten av den icke-monotona längdskalan är resultatet av uppbyggnad av domäner med kooperativ dynamik som blir allt styvare och börjar dominera partikeldynamiken. "Precis som målningen av Seurat, mosaiken av de dynamiska kornen och burformationen är direkt relaterad till sammanslagningen av dem, säger Kob.

"Vetenskapens skönhet här är att vi kan se hur glasögon spirar från vätskorna mikroskopiskt, "Sa Li.

Den enkla fysiska bilden av den förbättrade kooperativa dynamiken för det icke-monotona svaret tyder på att fyndet borde vara allmänt. Kob sa:"Det är fantastiskt att den fysiska regeln bakom en så rik dynamik är så kortfattad."

Li tillägger, "Våra resultat i ett väldefinierat modellsystem hjälper till att bättre förstå andra glasartade eller störda system som polymer, granulära och atomära glasögon, etc."

Förutom det icke-monotona beteendet, en skalningsrelation mellan morfologin och storleken på excitationsmönstret extraheras baserat på en enorm mängd experimentella data. "Avvikelsen för denna relation återspeglar graden av ett materials heterogenitet vid vissa villkor, "sade Li. Granick anmärkte, "Denna skalningslag, förutom dess teoretiska betydelse för fysiker, kommer också att intressera kemister och materialvetare genom att erbjuda dem en "linjal" som vägleder design och syntes av glasmaterial. "

Utöver att upplysa det första steget i glasövergången, detta proof-of-concept-experiment banar väg för den grundläggande förståelsen av glasögon så småningom. "Med laser som lansett, ett glasprov kan anatomiseras exakt, sa Granick.

"Fler och fler exotiska men förvirrande beteenden i glasögon kommer att bedömas på detta sätt, "förutspådde Kob.

Detta arbete motiveras av de mångåriga utmaningarna inom glasvetenskap. Den tröga och starkt kopplade dynamiken begraver alltid nyckeleffekten. "Om jag bara kunde krympa mig själv, hoppa in i systemet och rör om omgivningen, "Sa Li. Det femtosekundiga holografiska lasersystemet som ursprungligen utvecklades av Kou uppfyller perfekt den lokala excitationens behov. Värdefullt teoretiskt stöd erhålls från Kob för att förfina komplexa experimentella observationer till koncisa fysiska principer." Den mycket tvärvetenskapliga miljön i vårt centrum och framgångsrik internationellt samarbete gör en en gång osannolik brainstorm verklig, kommenterade Granick.

Granick och Kob avslutade, "Glasvetenskapens område, vara klassisk men ständigt utmanande, främjas av dessa experiment som belyser uppkomsten av glasövergången. Den begreppsmässiga betydelsen av burbildning för egenskaperna hos glasartade material avslöjas. Och det mikroreologiska tillvägagångssättet här öppnar dörren till grundlig förståelse av glasögonen en dag. "