Les verres ont une structure désordonnée de type liquide mais des propriétés mécaniques de type solide. Cela conduit à l'un des mystères centraux des verres :pourquoi ne coulent-ils pas comme des liquides ? Cette question est si importante qu'elle a été sélectionnée par la revue Science en 2005 comme l'une des 125 clés, questions scientifiques sans réponse, et l'un des 11 problèmes physiques importants non résolus.

Nous pouvons difficilement observer les mouvements des atomes à une échelle de longueur d'environ 0,1 nanomètre et à une échelle de temps d'environ 1 nanoseconde. Heureusement, cependant, les scientifiques ont découvert que les systèmes colloïdaux ont des comportements de phase similaires à ceux des systèmes atomiques. Les colloïdes sont considérés comme de gros « atomes » qui révèlent des informations microscopiques sur les transitions de phase qui ne peuvent pas être facilement obtenues à partir de matériaux atomiques.

Dans la dernière décennie, les verres colloïdaux ont suscité beaucoup d'intérêt, résultant en de nombreuses découvertes importantes. Cependant, la plupart de ces études portent sur des particules sphériques qui ont tendance à former des structures cristallines locales ou intermédiaires. Malheureusement, de telles études ne sont pas largement applicables puisque la plupart des verres ne sont pas composés de sphères et n'ont pas de structure cristalline.

Pour contrer ce problème, des chercheurs de l'Institut de mécanique de l'Académie chinoise des sciences et de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong ont récemment mené des études expérimentales pour la première fois sur des systèmes vitreux composés de particules non sphériques.

Les chercheurs ont découvert que les monocouches d'ellipsoïdes monodispersés sont de bons formateurs de verre et ne forment pas de structures cristallines locales. Ainsi, ils fournissent un système idéal et général pour détecter l'origine structurelle du ralentissement de la dynamique à l'approche de la transition vitreuse.

En réalité, les verriers présentent de fortes hétérogénéités dynamiques, c'est à dire., certaines régions évoluent rapidement et d'autres lentement. Ces résultats montrent que les structures à faible entropie structurelle correspondent bien à des dynamiques lentes, tandis que les régions de relaxation rapide (fluide) ont une entropie structurelle élevée.

Dans des verres composés de particules sphériques, certaines structures polyédriques étaient généralement considérées comme responsables de la dynamique lente. Cependant, un type de polyèdre n'existe que dans certains systèmes de sphères. L'entropie structurelle mesure le niveau de désordre dans une structure, comprenant diverses structures locales spécifiques, par exemple. polyèdres virulents qui existent dans des systèmes composés de sphères. Donc, la faible entropie structurelle est une caractéristique structurelle générale de la dynamique lente dans la matière vitreuse, qui tient dans les systèmes composés de sphères et de non-sphères.

En outre, les chercheurs ont observé des comportements critiques de type Ising à un point de transition vitreuse idéal à la fois dans les structures statiques et dans la dynamique lente. De tels comportements sont une caractéristique quantitative de la transition thermodynamique qui explique si la transition vitreuse est purement dynamique ou thermodynamique (structurelle), car il n'y a pas de structures de commande dans les verres.

"L'observation des comportements critiques dans les verres ellipsoïdes fournit des preuves quantitatives beaucoup plus solides de la nature thermodynamique de la transition vitreuse, " a déclaré Wang Yuren, auteur correspondant de l'étude. « Les résultats jettent un nouvel éclairage sur les mystères de la théorie du verre et sur la conception de matériaux dotés d'une stabilité élevée et d'une capacité de formage du verre. »