Des chercheurs de l'UO ont découvert que les molécules dans les matériaux en verre se comportent comme des particules dans le sable et les roches lorsqu'elles se coincent, un mécanisme qui pourrait stimuler les explorations de la matière condensée et des systèmes complexes.

Le travail montre que les matériaux vitreux modifient leur structure organisationnelle pour se comporter comme du sable lorsqu'ils sont coincés, ou comprimé au point de passer de liquide à rigide. La découverte élargit la compréhension du mouvement thermique et des états vibrationnels qui se produisent lorsque les matériaux atteignent le blocage.

La découverte a été détaillée dans une étude publiée dans la revue Lettres d'examen physique qui examine ce qui se passe lorsque les matériaux en verre sont rapidement comprimés ou refroidis. Dans le monde macro, ce genre de blocage se voit dans la façon dont le grain se déplace à travers une trémie ou le sable dans un sablier.

La similitude nouvellement trouvée est importante pour les chercheurs dans les domaines de la matière condensée et des systèmes complexes, et ouvre de nouvelles voies pour explorer les matériaux vitreux grâce à la physique numérique, dit Francesco Arceri, l'auteur principal de l'étude et un candidat au doctorat dans le laboratoire du département de physique du co-auteur Eric Corwin.

"Notre modélisation a montré que la réponse des verres aux sollicitations mécaniques est la même que pour les matériaux granulaires, " Arceri a déclaré. "La réponse mécanique d'un matériau se rapporte à la façon dont la chaleur se transfère à travers lui, ainsi ce travail permet de mieux comprendre pourquoi les propriétés thermiques et mécaniques des verres sont si différentes de celles des autres solides, comme des cristaux."

Les chercheurs du laboratoire de Corwin développent des algorithmes pour modéliser des sphères dures et molles sur des superordinateurs afin d'étudier les structures matérielles pour leurs signatures géométriques de brouillage, où au début de la rigidité toutes les particules ont le même nombre de contacts.

Corwin fait partie d'une équipe internationale qui étudie la transition du liquide au verre à mesure que la température et la pression changent dans le cadre d'une initiative de la Fondation Simons "Cracking the Glass Problem" qui a débuté en 2016. Un prix de carrière de la National Science Foundation à Corwin a également soutenu la recherche.

Le verre sous sa forme solide est un assemblage de colloïdes, minuscules particules sous très forte pression. Que les particules de verre solides ressemblent si étroitement à un matériau granulaire, Arceri a dit, « est remarquable car les colloïdes se bloquent lorsqu'ils sont fortement comprimés dans la limite d'une pression infinie, tandis que les grains se bloquent lorsque la pression est nulle et que les particules ne se chevauchent pas ».

"Cette connexion ouvre de nouvelles possibilités de comparaison qui n'étaient pas disponibles auparavant, " a écrit C. Patrick Royall de l'Université de Bristol au Royaume-Uni, dans un commentaire dans la revue Physics sur l'importance de l'article.

Les chercheurs de l'UO, Royall a noté, a exploité une faille concernant le brouillage en le regardant d'en bas plutôt que de se concentrer sur le début d'une transition de brouillage. L'équipe de l'UO a trouvé le même comportement aux deux étapes du processus.

"Arceri et Corwin ont réussi à refroidir efficacement des sphères dures dans leurs simulations à une température presque nulle et à les traiter comme un matériau granulaire, avec des interactions efficaces lorsque les particules ne se touchent pas, " Royall a écrit. " Le système était mécaniquement stable à des fractions de tassement inférieures au bourrage, donc comme la transition vitreuse, il était possible d'approcher le brouillage par le bas."