Underlättande av exciterade partiklar (röda) observeras i atermala molekylsystem under "superkomprimerade" vätskor. Det som underlättas är de ingående partiklarnas förmåga att strukturellt slappna av, ger upphov till korrelerad och kooperativ dynamik. Kredit:Nagoya Institute of Technology
Glasögon är amorfa (icke-kristallina) fasta ämnen som används i stor utsträckning i vardagen och i tekniska instrument. Det är viktigt att förstå beteendet hos material som bildar glasögon; det är, att studera dynamiken i deras glasövergång, vilket är övergången från flytande tillstånd till ett glas med sjunkande temperatur eller ökande tryck. Flera teoretiska modeller har utvecklats för att förklara avslappningsdynamiken hos material som bildar glasögon. En sådan modell är den dynamiska faciliteringsteorin, som förutspår att dynamiken i systemen är heterogen och avslappning visar paraboliskt beteende.
"De allmänna förutsägelserna av teorin om dynamisk underlättande gäller för termiska system, ", förklarar huvudforskaren Masaharu Isobe. "Men, denna teori hade inte utvidgats till system styrda av tryck."
Forskarna undersökte numeriskt glasövergångsbeteendet hos tvådimensionella binära blandningar av hårda partiklar (hårddisk) system med tanke på tryck snarare än temperatur som huvudvariabeln. Deras syften var att bestämma allmänna egenskaper för långsam relaxation under superkomprimerade förhållanden och undersöka om teorin om dynamisk facilitering var tillämplig på hårddisksystem vid högt tryck.
De använde händelsekedjan Monte Carlo-metoden för att beräkna jämviktstillstånden för olika hårddisksystem vid olika tryck. Denna metod möjliggjorde jämviktsfaserna i systemen – inklusive amorfa, blandad kristallin, kristallin-amorf komposit, och kristallin - att identifieras exakt. Som ett resultat, forskarna kunde undersöka avslappningsdynamiken i den önskade superkomprimerade regionen. De fann att deras resultat bekräftade teorin om dynamisk facilitering på två sätt.
"Vi bekräftade att lokaliserade effektiva excitationer slumpmässigt fördelade i de ekvilibrerade systemen underlättade avslappning och genomsnittliga avslappningstider förlängdes med ökande kompression, " säger Isobe. "Båda dessa resultat indikerar att teorin om dynamisk facilitering är tillämplig på superkomprimerade hårddisksystem."
Dessa resultat utökar grundläggande kunskap om beteendet hos material under tryck, och kan bidra till utveckling av glasögon med önskade egenskaper för specifika applikationer.
