Glasögon är en gåta bland fasta faser. Liksom kristallina fasta ämnen är de hårda, men till skillnad från kristaller är de amorfa på molekylär skala. På grund av denna strukturella störning, varje glasbit är tekniskt sett ur jämvikt, och unika. Som ett resultat, dess egenskaper beror inte bara på dess kemiska ingredienser, men på hur den kyldes.

Deras amorfa karaktär gör det svårt att beskriva glasögon med en generell modell. Nu, dock, ett team ledd av Osaka University har använt simuleringar för att koppla samman glödgningen (kylning eller kompression) av ett glas med dess mekaniska respons på töjning. Särskilt, deras studie – publicerad i Vetenskapens framsteg - fokuserat på två nyckelmått för solidt beteende, elasticitet och plasticitet.

När den deformeras av skjuvpåkänning, en "elastisk" fast substans återgår till sin ursprungliga form efter att påfrestningen har släppts. Plast, i kontrast, permanent behålla sin nya form. Denna kontrast mellan "reversibla" och "irreversibla" förändringar har konsekvenser för hur material reagerar på mekaniska krafter - i kroppen, i tekniska tillämpningar, och även på geologisk skala.

"Vi modellerade tät sammansättning av kolloider - en typ av amorft fast material - gjord av hårda sfärer, " säger studiens medförfattare Hajime Yoshino. "Sfärerna representerar inte riktiga molekyler, men de visar om sådana täta glas är elastiska. Vi simulerade hur de reagerade på skjuvning och normala påfrestningar. Våra stora superdatorer kartlade fullständigt töjningsfasdiagrammen för glasbildare för första gången, att utforska deras reologi."

Varje glas visade fyra grundläggande trender. Under små påfrestningar var de perfekt elastiska. Vid högre belastningar blev de delvis plastiska, misslyckas med att återställa det ursprungliga tillståndet när deformationen delvis hävdes. Så småningom möter de något av de två motsatta öden vid större påfrestningar:totalt misslyckande genom att spricka (ge efter) för att frigöra stress, eller fullständigt stopp genom att jamma (bli överbelastat). Området mellan eftergivenhet och störning på fasdiagrammet definierade där originalglaset förblev stabilt.

"Vi kan förstå svaren som de av stabila, delvis stabila och instabila glasögon, " förklarar huvudförfattaren Yuliang Jin. "Intressant nog, storleken på det fasta området – och dess stabila delzon – beror på hur väl glaset glödgades. Bättre glödgade glasögon har större chanser att fastna under skjuvning. Vårt arbete är det första som visar att det yttersta ödet för ett glas under skjuvpåkänning kan vara att antingen ge efter eller fastna."

Kondenserat mjukt material finns i hela tekniken och naturen, t.ex. i skum, emulsioner och biologiska vävnader. Eftersom sådan kondenserad mjuk materia, som glas, är amorf, en djupare förståelse för hur man skräddarsyr egenskaperna hos glasögon kan ha en bredare inverkan på materialdesignen.