Bo Li et Kai Kou, Chercheurs de l'IBS Center for Soft and Living Matter, avec Walter Kob, Professeur de l'Université de Montpellier et de l'Institut Universitaire de France, et Steve Granick, Directeur du Centre IBS pour la Matière Douce et Vivante, rapporter ensemble dans La nature que le début de la transition vitreuse est un processus hautement non trivial impliquant des réponses non linéaires complexes.

En tant que substance donnant une impulsion remarquable à la fois à la commodité de notre vie quotidienne et au progrès de la science et de la technologie modernes, les lunettes nous intriguent, cependant, au niveau des sciences fondamentales. "Les lunettes font l'objet de nombreuses études incrémentielles mais rarement d'une percée, quels que soient les efforts de générations de scientifiques, " commenta Granick.

L'échelle de longueur dynamique non monotone signalée culminant à la température de début renverse la compréhension répandue selon laquelle la formation de cages est un simple croisement entre le liquide et le verre. "Une question centrale dans la science du verre est le processus de formation de cages qui donne aux matériaux vitreux leurs propriétés optiques et mécaniques uniques, " dit Kob.

"Et nous avons directement touché le problème en excitant localement un verre colloïdal à l'aide de faisceaux laser, " dit Li.

L'émergence de l'échelle de longueur non monotone résulte de l'accumulation de domaines à dynamique coopérative qui deviennent de plus en plus rigides et commencent à dominer la dynamique des particules. "Tout comme le tableau de Seurat, la mosaïque des grains dynamiques et la formation des cages est directement liée à leur fusion, " dit Kob.

"La beauté de la science ici est que nous sommes capables de voir comment les verres germent à partir des liquides au microscope, " dit Li.

L'image physique simple de la dynamique coopérative améliorée pour la réponse non monotone suggère que la conclusion devrait être générale. Kob a dit, "C'est incroyable que la règle physique derrière une dynamique aussi riche soit si concise."

Li ajoute, "Nos découvertes dans un système modèle bien défini aideront à mieux comprendre d'autres systèmes vitreux ou désordonnés comme le polymère, verres granulaires et atomiques, etc."

En plus du comportement non monotone, une relation d'échelle entre la morphologie et la taille du motif d'excitation est extraite sur la base d'une énorme quantité de données expérimentales. "L'écart de cette relation reflète le degré d'hétérogénéité d'un matériau à certaines conditions, " a déclaré Li. Granick a remarqué, « Cette loi d'échelle, outre son importance théorique pour les physiciens, intéressera également les chimistes et les scientifiques des matériaux en leur offrant une « règle » qui guide la conception et la synthèse des matériaux verriers. »

Au-delà d'éclairer la première étape de la transition vitreuse, cette expérience de validation de principe ouvre la voie à une compréhension fondamentale des lunettes à terme. "Utiliser le laser comme lancette, un échantillon de verre peut être précisément anatomisé, " dit Granick.

"Des comportements de plus en plus exotiques mais déroutants dans les verres seront ainsi évalués, " a prédit Kob.

Ce travail est motivé par les défis de longue date de la science du verre. La dynamique lente et fortement couplée enfouit toujours l'effet de touche. "Si seulement je pouvais me rétrécir, sauter dans le système et remuer les environs, " a déclaré Li. Le système laser holographique femtoseconde développé à l'origine par Kou répond parfaitement aux besoins de l'excitation locale. Un support théorique précieux est obtenu de Kob pour affiner les observations expérimentales complexes en principes physiques concis. " L'environnement hautement interdisciplinaire dans notre centre et réussi la collaboration internationale rend réel un remue-méninges autrefois improbable, " commenta Granick.

Granick et Kob ont conclu, "Le domaine de la science du verre, étant classique mais constamment stimulant, est favorisée par ces expériences qui élucident le début de la transition vitreuse. L'importance conceptuelle de la formation de cages pour les propriétés des matériaux vitreux est révélée. Et l'approche micro-rhéologique adoptée ici ouvre un jour la porte à une compréhension approfondie des verres."