Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont introduit un nouveau modèle physique qui prédit la dynamique des matériaux vitreux en se basant uniquement sur leur degré local d'ordre structurel atomique. À l'aide de simulations informatiques, ils ont montré comment cette théorie améliore considérablement la compréhension de la façon dont les liquides vitreux deviennent plus visqueux lors du refroidissement. Ce travail a de nombreuses applications potentielles dans la fabrication, en particulier pour la production de verre spécial dans les appareils de laboratoire et les appareils électroniques à écran tactile.

Le verre est produit par l'humanité depuis l'Antiquité. Cependant, la physique qui contrôle le mouvement des atomes dans les matériaux vitreux est incroyablement complexe et n'est toujours pas complètement comprise. Contrairement à la plupart des solides cristallins, dans lequel les atomes s'arrangent grossièrement en grands réseaux répétés, les verres sont constitués de configurations d'atomes qui ne présentent aucun ordre à longue distance. Comme le savent tous ceux qui ont vu un souffleur de verre, à haute température, le verre coule comme un liquide. Cela signifie que les atomes à l'intérieur ont suffisamment de mobilité pour glisser les uns sur les autres. Cependant, au fur et à mesure que le matériau refroidit, il subit une "transition vitreuse" dans laquelle les atomes se déplacent de plus en plus lentement jusqu'à ce qu'ils deviennent bloqués dans un état "liquide gelé" désordonné. C'est-à-dire, ils auraient été plus stables dans une configuration cristalline, mais ils ne peuvent pas surmonter la barrière pour y arriver. Les experts décrivent souvent la dynamique du verre comme utilisant son « temps de relaxation structurelle, " qui représente la vitesse à laquelle les atomes se rapprochent de l'état stable.

Maintenant, des scientifiques de l'Université de Tokyo ont utilisé des simulations informatiques pour définir le "paramètre d'ordre structurel, " qui ne dépend que de la configuration locale d'un atome et de ses voisins immédiats. Cette valeur fournit une mesure de l'écart par rapport à l'emballage le plus efficace des atomes environnants. Basé uniquement sur le paramètre d'ordre structurel, les chercheurs ont pu prédire le temps de relaxation structurelle. "Comme la relaxation est apparemment affectée par de nombreux facteurs physiques, nous avons été agréablement surpris de pouvoir le décrire en nous basant uniquement sur l'ordre structurel, " dit le premier auteur Hua Tong.

En effectuant des simulations informatiques approfondies, ils ont pu confirmer la relation entre l'ordre local et la dynamique globale. Il s'agit d'une caractéristique unique du verre qui n'est généralement pas observée dans les solides cristallins. « Notre recherche fournit un cadre physique pour comprendre comment la corrélation entre les emplacements augmente en taille, telle que la dynamique au niveau atomique commence à avoir une coopérativité sur une région étendue, " explique l'auteur principal Hajime Tanaka. Les résultats de ce projet peuvent aider à concevoir de nouveaux procédés de fabrication de verre plus résistant et plus durable. Les résultats de ce projet peuvent aider à concevoir de nouveaux procédés de fabrication de verre plus résistant et plus durable.

L'ouvrage est publié dans Communication Nature comme « L'ordre structurel en tant que véritable paramètre de contrôle de la dynamique dans les verriers simples ».