Materia är antingen gas, flytande eller fast baserat på hur dess molekyler reagerar på temperatur och tryck. Men tänk om byggstenarna är självspinnande partiklar istället för vanliga molekyler? Teoretiska fysiker fick reda på vad som bestämmer fasen för de konstgjorda materialen. Forskningen har rapporterats i PNAS .

När vattnet når 100 ° C, det övergår till en gasfas, åtminstone vid havsnivå. Att ta bort lufttrycket får vatten att koka vid kallare temperaturer. Det är klart att material som består av vanliga molekyler tar en fas beroende på temperatur och tryck. Leidens teoretiska fysiker prof. Vincenzo Vitelli undrade vad som skulle hända om material i stället hade självspinnande dimerer som byggstenar.

Simulering

För detta ändamål, de första författarna Benny van Zuiden och Jayson Paulose simulerade självspinnande dimerer i silico och studerade hur de organiserar sig. Genom att tillämpa ett gradvis ökande tryck på dem, de såg systemet förändras från ett ordnat tillstånd till ett mycket kaotiskt tillstånd.

Bilden nedan (vänster) visar ett vackert ordnat tillstånd, med dimerer som snyggt bildar ett triangulärt kristallgitter. Dessutom, närliggande partiklers relativa orientering låses när de snurrar.

Till höger, koncentrationen är så hög att systemet fastnar i en glasig fas. Anmärkningsvärt, det är en vätskefas däremellan. Vanligtvis, ett ämne blir fastare när dess densitet ökar. Här, det motsatta händer.

Flytande

Så hur kan det finnas ett flytande tillstånd? Med låg densitet, dimererna har gott om plats att röra sig som de vill och förbli synkroniserade, som en grupp scendansare. När scenen är för liten, dansare stöter på varandra och rör sig kaotiskt, som partiklar i en vätska. Dock, om scenen blir så liten att dansarna inte kan röra sig, de fastnar i en störd konfiguration som påminner om ett glas.