Forskare vid Tohoku University har fått ny inblick i de elektroniska processer som styr omvandlingen av vätskor till ett fast kristallint eller glasartat tillstånd.

Vissa vätskars förmåga att övergå till glas har utnyttjats sedan antiken. Men många grundläggande aspekter av denna övergångsfas är långt ifrån förstås. Bättre förståelse kan stimulera utvecklingen av nya produkter, till exempel DVD-skivor eller Blu-Ray-skivor som lagrar data genom att ändra deras tillstånd från ett till ett annat, och av nya glasmaterial.

Ett multinstitutionellt japanskt team under ledning av Kenichiro Hashimoto från Tohoku University's Institute for Materials Research jämförde molekylär dynamik i glasbildning i konventionella vätskor, såsom glukos, till ett organiskt metallmaterial som innehåller 'frustrerade' elektroner. Dessa elektroner, ansvarig för att leda elektriska strömmar, inte kan nå sitt lägsta energitillstånd på grund av deras geometriska arrangemang på materialets kristallgitter.

Långsam kylning av konventionella glasbildande vätskor får deras atomer att organisera sig i regelbundna arrangemang, framställa ett kristalliserat material. När forskarna långsamt kylde den organiska metallen som de testade, dess frustrerade elektroner organiserades på samma sätt i ett vanligt mönster och kristalliserades. Dock, när materialet svalnade snabbare, kristallisation undviks och materialets frustrerade elektroner omorganiseras, förvandlas till glas på ett sätt som liknar konventionella glasbildande vätskor.

Resultaten belyser den övergripande karaktären av övergångsfasen mellan vätska och glas. Forskarna tror att deras organiska metall ger en bekväm testplattform för att studera de grundläggande egenskaperna hos övergången vätska till glas.