[the_ad_placement id="scine_before_content"]

الزجاج السائل: حالة جديدة للمادة تفسر الهياكل المادية الغامضة!

وجد الفيزيائيون حالة جديدة من المادة، مدرجة ضمن التحولات الغامضة التي تحدث بين الحالة السائلة والصلبة للزجاج.

يحمل التحويل الزجاجي الكثير من الافتتان للعلماء، وتُظهر الحالة الجديدة للمادة – المسماة «الزجاج السائل liquid glass» – سلوكًا على المستوى المجهري لم يسبق رؤيته من قبل، مما يجعله منفصلاً عن الظواهر التي رُصِدَتْ سابقًا.

يبدو أن هذه الحالة الجديدة موجودة بين مادة صلبة وغروانية «مثل الهلام»: مخاليط متجانسة مع جسيمات مجهرية ولكنها لا تزال أكبر من الذرات والجزيئات، وسهلة الدراسة. في هذه الحالة الدقيقة، صُمِمَت غروانيات بلاستيكية أهليجية مخصصة حيث أنُشِأَتْ وخُلِطَتْ معًا في مذيب.

قال أستاذ نظرية المادة المكثفة الرقيقة في جامعة كونستانز بألمانيا، ماتياس فوكس Matthias Fuchs: «من وجهة نظر نظرية، هذا مثير للاهتمام بشكلٍ لا يصدق».

وأضاف: «توفر تجاربنا نوعًا من الأدلة على التفاعل بين التقلبات الحرجة والأسر الزجاجي الذي سعى إليه المجتمع العلمي لفترة طويلة».

عندما تتحول المواد من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، تصطف جزيئاتها عادةً لتشكيل نمط بلوري. لكن ليس للزجاج، وهذا هو السبب في أن العلماء حريصين للغاية لتحليله وتفكيكه: مع الزجاج (والمواد مثل الزجاج)، تُقفل الجزيئات أو تجمد في حالة مضطربة.

في الزجاج السائل، لاحظ العلماء أن الغرونيات كانت قادرة على التحرك، ولكنها لم تستطع الدوران – كان لديها مرونة أكثر من الجزيئات في الزجاج، ولكن ليست كافية لجعلها مماثلة للمواد الاعتيادية التي دُرِسَتْ بالفعل على نطاقٍ واسع.

باستخدام الغرونيات الأهليجية بدلًا من الأشكال الأهليجية العيارية، يمكن ملاحظة هذا الدوران المغلق. تجمعت الجسيمات معًا في مجموعات متماثلة الاتجاهات، مما أدى إلى عرقلة بعضها البعض داخل المادة.

وصف أستاذ الكيمياء الفيزيائية بجامعة كونستانز، أندرياس زومبوش Andreas Zumbusch: «نظرًا لأشكالها المميزة، فإن لجسيماتنا اتجاه – على عكس الجسيمات الكروية – مما يؤدي إلى ظهور أنواع جديدة تمامًا وغير مدروسة من السلوكيات المعقدة».

قال الباحثون إن الحالة الجديدة للمادة هي في الواقع تفاعلات انتقالية تعارضية من سائل إلى صلب، مما يخلق مزيجًا من الخصائص المختلفة. يبدو أن شكل وتركيز الجزيئات لهما دور حاسم في صنع هذا الزجاج السائل.

كما هو الحال دائمًا مع التحويلات الزجاجية، لا يزال هناك الكثير من الأسئلة التي لم يُجاب عليها، لكن مؤلفي الدراسة يأملون في أن اكتشاف الزجاج السائل – الذي توقعه العلماء منذ عشرين عامًا – يمكن أن يساعد في تحسين فهمنا لكيفية عمل التحويلات الزجاجية في أصغر مقاييس.

النتائج لديها القدرة أيضًا على تجاوز حدود الزجاج، وتسليط الضوء على كل شيء من أصغر خلية بيولوجية إلى أكبر نظام كوني – أي سيناريو يوجد فيه اضطراب غامض.

كتب الباحثون في ورقتهم البحثية: «تعطي نتائجنا نظرة ثاقبة على التفاعل بين التركيب المحلي والتحولات الطورية».

وأضافوا: «يساعد هذا في توجيه التطبيقات مثل التجميع الذاتي للبنى الفوقية الغرونية ويقدم أيضًا دليلًا على أهمية الشكل في التحول الزجاجي بشكل عام».

نُشِرَ البحث في الدورية الأكاديمية PNAS.

المصادر: 1