Fisika Gila: Studi para ilmuwan membuat cairan non-cair

Dengan menurunkan suhu terlalu banyak, banyak material menjadi kristal padat. Setidaknya itulah yang diprediksi oleh teori-teori fisika tradisional. Namun, aturan tersebut mungkin memiliki pengecualian, karena dua ilmuwan percaya bahwa mereka telah menemukan cairan yang, meskipun dalam keadaan cair, ternyata lebih stabil daripada kristal padat.

Percobaan, yang dirinci dalam jurnal Nature Physics, menyajikan model komputasi murni dari cairan aneh ini, tetapi mungkin menawarkan beberapa wawasan baru ke dalam proses pembentukan kristal, serta mencegah mereka dari pembentukan atau menyebabkan mereka terbentuk. mereka tidak memiliki bentuk yang pasti.

Bagaimana cara membuat cairan yang bukan cair?

Untuk membangun bahan aneh ini, para ilmuwan mulai bereksperimen dengan koloid, cairan yang memiliki partikel kecil yang tersuspensi. Contoh klasik koloid adalah susu, yang walaupun dibuat praktis oleh air, telah berubah warna, rasanya dan konsistensinya karena banyaknya partikel lemak dan protein yang mengapung dalam campuran.

Namun, susu membeku. Namun, jika molekul-molekul suatu koloid diatur secara khusus, kristalisasi tidak terjadi dan bahan tersebut mengambil bentuk yang stabil dan tampak padat yang memiliki struktur molekul cairan.

Menggunakan molekul dengan empat ikatan dalam model komputasi, para ilmuwan menyadari bahwa kristalisasi terjadi dengan cepat jika ikatan ini kaku. Ketika tertekuk, ikatan tetap berantakan dan membuat gumpalan granular. Jika suhu terus turun, bahan menjadi gelas, dengan molekul tidak teratur yang membentuk semacam padatan amorf.

Molekul fleksibel

Pada dasarnya, molekul dengan ikatan fleksibel berperilaku seperti ini karena dua kekuatan yang bersaing dalam cairan ketika mendingin: energi dan entropi, yang merupakan ukuran bagaimana berantakannya sistem terlihat. Dalam cairan, molekul disusun secara acak, sedangkan dalam kristal mereka dikelompokkan ke dalam pola tertentu.

Ketika suhu turun, molekul-molekul mulai menata sehingga mereka menggunakan lebih sedikit energi. Dengan demikian, entropi berkurang ketika air membeku. Tetapi molekul koloid dengan ikatan fleksibel memiliki cara lain untuk saling terhubung, jauh lebih mungkin untuk dikelompokkan bersama menjadi empat hingga empat namun membentuk struktur yang tidak teratur.

Hasilnya adalah cairan yang berperilaku seperti padatan. Dan sementara itu semua dilakukan pada komputer, ilmuwan Frank Smallenburg dari Universitas Sapienza di Roma mengatakan perangkat lunak itu menggambarkan sistem nyata, dan mengutip beberapa polimer dan bahkan DNA sebagai molekul yang dapat melakukan itu. Langkah selanjutnya dari penelitian ini adalah eksperimen dengan bahan nyata.