UO-forskare har upptäckt att molekyler i glasmaterial beter sig precis som partiklar i sand och stenar när de klämmer ihop, en mekanism som kan öka utforskningar av kondenserad materia och komplexa system.

Arbetet visar att glasartade material ändrar sin organisationsstruktur för att bete sig som sand när de fastnar, eller komprimerad till den grad att den övergår från flytande till stel. Upptäckten utökar förståelsen av termisk rörelse och vibrationstillstånd som uppstår när material når fastnar.

Upptäckten beskrivs i en studie publicerad i tidskriften Fysiska granskningsbrev som undersöker vad som händer när glasmaterial snabbt komprimeras eller kyls. I makrovärlden, den typen av störning ses i hur spannmål rör sig genom en behållare eller sand i ett timglas.

Den nyfunna likheten är viktig för forskare inom områdena kondenserad materia och komplexa system, och öppnar upp nya sätt att utforska glasartade material genom beräkningsfysik, sa Francesco Arceri, studiens huvudförfattare och doktorand i medförfattare Eric Corwins laboratorieavdelning för fysik.

"Vår modellering visade att hur glasögon reagerar på mekaniska förfrågningar är detsamma som för granulära material, ", sa Arceri. "Det mekaniska svaret av ett material relaterar till hur värme överförs genom det, Detta arbete möjliggör därför en bättre förståelse av varför termiska och mekaniska egenskaper hos glas är så olika från andra fasta ämnen, som kristaller."

Forskare i Corwins labb utvecklar algoritmer för att modellera hårda och mjuka sfärer på superdatorer för att studera materialstrukturer för deras geometriska signaturer för störning, där vid början av styvheten alla partiklar har samma antal kontakter.

Corwin är en del av ett internationellt team som studerar övergången från vätska till glas när temperatur och tryck förändras under ett initiativ från Simons Foundation "Cracking the Glass Problem" som började 2016. Ett National Science Foundation Career Award till Corwin stödde också forskningen.

Glas i sin fasta form är en sammansättning av kolloider, små partiklar under mycket starkt tryck. Att fasta glaspartiklar så mycket liknar granulärt material, Arceri sa, "är anmärkningsvärt eftersom kolloider fastnar när de är mycket komprimerade inom gränsen för oändligt tryck medan korn fastnar när trycket är noll och partiklarna inte överlappar."

"Denna anslutning öppnar för nya jämförelsemöjligheter som inte var tillgängliga tidigare, " skrev C. Patrick Royall från University of Bristol i Storbritannien, i en kommentar i tidskriften Physics om tidningens betydelse.

UO-forskarna, Royall noterade, utnyttjade ett kryphål om jamming genom att titta på det underifrån istället för att fokusera på början av en jamming-övergång. UO-teamet fann samma beteende vid båda punkter i processen.

"Arceri och Corwin kunde effektivt kyla hårda sfärer i sina simuleringar till nästan noll temperatur och behandla dem som ett granulärt material, med effektiva interaktioner när partiklarna inte rörde varandra, ", skrev Royall. "Systemet var mekaniskt stabilt vid packning av mindre fraktioner än att blockera - så som glasövergången, det var möjligt att närma sig jamming underifrån."