Under en lång tid, man trodde att rena substansers flytande tillstånd var ett kontinuerligt tillstånd där komponentatomerna eller molekylerna alla är ekvivalenta. Dock, det har nu visats allmänt att det kan finnas flera faser inom vätskor, även de som bara innehåller en komponent. Att förstå vad som gör att vätskekomponenterna övergår från ett tillstånd till ett annat är för närvarande ett ämne av särskilt intresse. Forskare från University of Tokyo Institute of Industrial Science har utökat förståelsen för flytande beteende genom att beskriva hydrodynamikens roll i dessa övergångar. Deras resultat publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .

Betydande framsteg har gjorts i den experimentella studien av vätske-vätskeövergångar (LLT) mellan olika vätskefaser i samma system, genom att fokusera på specifika fall där kinetiken är långsam, vilket leder till enkel mätning. Dock, att få en teoretisk förståelse för vad som händer i LLT på en mikroskopisk nivå är fortfarande utmanande på grund av komplexiteten i system med många kroppar.

En inneboende faktor i vätskebeteende är hydrodynamik - vätskans flöde i rörelse; dock, dess roll i LLT har ännu inte övervägts på grund av modelleringsutmaningarna. Nu, forskarna har tagit fram en modell baserad på två faktorer som beskriver beställningen av vätskan; densiteten, och den lokala organisationen av de flytande atomerna eller molekylerna vid en viss punkt.

"Vår modell av Ginzburg-Landau-typ utvärderar systemet med två ordningsparametrar; en som är bevarad-densitet och en som inte är-lokal strukturordning, "förklarar studieförfattaren Kyohei Takae." Det vi fann var att tillväxten av den flytande domänen vi studerade påverkades av förändringar i densitet som orsakar hydrodynamiska fluktuationer. "

Det visades att när densiteten ändras som ett resultat av fasövergången, hydrodynamiskt flöde induceras vilket leder till förändringar i både takten för domäntillväxt och den långsiktiga interaktionen mellan domänerna. Hydrodynamisk interaktion befanns därför vara kritisk för LLT och mönsterutvecklingen och kinetiken.

"Att få en grundlig förståelse av vätskor på mikroskopisk nivå är avgörande för vår grundläggande kunskap, och vi hoppas att det också kommer att hjälpa till med att optimera industriella processer, "förklarar studieförfattaren Hajime Tanaka." Genom att avslöja hydrodynamikens roll i LLT räknar vi med att utlösa framtida undersökningar av dynamiskt störda system, såsom de under externt applicerat flöde. "

Artikeln, "Hydrodynamikens roll vid överföring av vätska-vätska av en enkomponentssubstans, "publicerades i Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ).