Ett team vid University of Tokyo har i oöverträffade detaljer beskrivit det sällsynta fenomenet vätske-till-vätskefasövergångar i en ren substans. Genom att visa hur en vätska gjord av bara en typ av molekyl kan växla mellan flytande och glasartade tillstånd, denna forskning kan leda till ett nytt sätt att kontrollera transportegenskaperna hos en vätska.

Fasövergångar inkluderar sådana fenomen som issmältning (fast till flytande), eller ånga som kommer från en vattenkokare (vätska till gas). Dock, studien av hur ett arrangemang av molekyler förändras till ett annat avslöjar komplexa detaljer om styrkan i deras interaktioner. Vid konventionella fasövergångar, som med en järnstång som smälter till smält metall, tillsatt värme gör att atomerna vibrerar så kraftigt att de bryter sig loss från sitt fasta gitterarrangemang och antar en flytande form. Teamet vid University of Tokyo studerade en mycket sällsyntare typ av fasövergång:från ett flytande tillstånd till ett annat. I denna forskning, de fann att även utan att ändra temperatur, relativt fritt flödande trifenylfosfit kan gradvis förglasas till ett glasartat tillstånd där molekylerna förblir störda men är mycket mindre rörliga. De olika faserna kunde identifieras experimentellt baserat på hur snabbt molekylerna kunde slappna av efter att ha störts.

"I motsats till intuition, det finns en växande mängd experimentella och teoretiska bevis för att även en enda komponent kan ha flera flytande tillstånd, "säger huvudförfattaren Hajime Tanaka. De fann att fasövergången kan ske på två väldigt olika sätt. Det första kallas" kärnbildning och tillväxt, "en långsam process som kräver framväxten av en fas i den andra för att övervinna ett hinder för att komma igång. Den andra typen är spinodal sönderdelning, där övergången smidigt kan gå utan hinder. Forskarna upptäckte också en kritisk temperatur, över vilken endast kärnbildad tillväxt kan förekomma, men under denna temperatur, spinodal sönderdelning var möjlig.

"Ur praktisk synvinkel, trifenylfosfit kan vara ett av de bästa systemen för att studera vätske-till-vätskeövergångar, eftersom omvandlingen sker vid omgivningstryck och måttliga temperaturer, "säger författaren Ken-ichiro Murata." Fasövergångar, särskilt de som innebär en övergång från en vätska till ett glasartat tillstånd, används ofta vid tillverkning av polymerer. Denna forskning kan kraftigt förbättra vår förmåga att optimera och kontrollera dessa processer. "

Studien publiceras i PNAS .