Glasögon har en vätskeliknande oordnad struktur men fastliknande mekaniska egenskaper. Detta leder till ett av glasögonens centrala mysterier:Varför rinner de inte som vätskor? Denna fråga är så viktig att den valdes av tidskriften Vetenskap 2005 som en av 125 nyckel, obesvarade vetenskapliga frågor, och ett av 11 olösta viktiga fysiska problem.

Vi kan knappast observera atomernas rörelser på en ~0,1 nanometer längdskala och en ~1 nanosekunds tidsskala. Lyckligtvis, dock, forskare har funnit att kolloidala system har liknande fasbeteenden som atomsystem. Kolloider betraktas som stora "atomer" som avslöjar mikroskopisk information om fasövergångar som inte lätt kan erhållas från atomära material.

Under det senaste decenniet, kolloidala glasögon har väckt stort intresse, resulterade i många viktiga upptäckter. Dock, de flesta av dessa studier handlar om sfäriska partiklar som tenderar att bilda lokala eller mellanliggande kristallina strukturer. Tyvärr, sådana studier är inte allmänt tillämpliga eftersom de flesta glas inte är sammansatta av sfärer och inte har någon kristallin struktur.

För att motverka detta problem, forskare från Institute of Mechanics vid den kinesiska vetenskapsakademin och Hong Kong University of Science and Technology genomförde nyligen experimentella studier för första gången på glasartade system som består av icke-sfäriska partiklar.

Forskarna fann att monoskikten av monodispersa ellipsoider är bra glasbildare och inte bildar lokala kristallina strukturer. Således, de tillhandahåller ett idealiskt och allmänt system för att detektera det strukturella ursprunget för långsammare dynamik när glasövergången närmar sig.

Faktiskt, glasbildare har starka dynamiska heterogeniteter, dvs. vissa regioner rör sig snabbt och vissa rör sig långsamt. Dessa resultat visar att strukturer med låg strukturell entropi överensstämmer väl med långsam dynamik, medan snabbt avslappnande (flytande) regioner har hög strukturell entropi.

I glas som består av sfäriska partiklar, vissa polyedriska strukturer ansågs vanligtvis vara ansvariga för den långsamma dynamiken. Dock, en typ av polyeder finns bara i vissa system av sfärer. Strukturell entropi mäter nivån av oordning i en struktur, inklusive olika specifika lokala strukturer, t.ex. virösa polyedrar som finns i system som består av sfärer. Så, den låga strukturella entropin är ett allmänt strukturellt kännetecken för långsam dynamik i glasartad materia, som håller i system som består av sfärer och icke-sfärer.

Dessutom, forskarna observerade Ising-liknande kritiska beteenden vid en idealisk glasövergångspunkt i både statiska strukturer och långsam dynamik. Sådana beteenden är ett kvantitativt inslag i termodynamisk övergång som förklarar om glasövergången är rent dynamisk eller termodynamisk (strukturell), eftersom det inte finns några beställningsstrukturer i glasögon.

"Observationen av kritiska beteenden i ellipsoidglas ger mycket mer solida kvantitativa bevis på den termodynamiska naturen hos glasövergång, sa Wang Yuren, motsvarande författare till studien. "Resultaten kastar nytt ljus över både glasteorins mysterier och design av material med hög stabilitet och glasformningsförmåga."