Thủy tinh là một vật liệu bí ẩn đến kinh ngạc. Nay các nhà khoa học tại Đại học Konstanz của Đức vừa xác định được một trạng thái mới của vật chất gọi là thủy tinh lỏng. Trạng thái này có một số thuộc tính bất thường.

Có một sự ngụy biện dai dẳng rằng thủy tinh vốn đã là một chất lỏng, được truyền bá sai lệch bởi thầy cô phổ thông và các hướng dẫn viên du lịch. Nhưng điều đó không đúng về mặt kỹ thuật – thủy tinh là một chất rắn vô định hình. Thông thường, khi một chất chuyển dịch từ thể lỏng sang thể rắn, các nguyên tử di chuyển tự do trước đó sắp hàng thành cấu trúc tinh thể rắn. Mặc dù vậy, quy luật này không đúng với thủy tinh: các nguyên tử của nó bị đóng băng ở trạng thái không trật tự.

Hoặc ít nhất, đó là cách nó thường diễn ra. Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học phát hiện ra một dạng thủy tinh mà ở đó các nguyên tử biểu hiện một hành vi phức tạp chưa thừng thấy trong khối thủy tinh trước đây. Về cơ bản, các nguyên tử có thể di chuyển nhưng không có khả năng xoay.

Nhóm phát hiện điều này trong một hệ thống mô hình thể vẩn dạng keo. Hỗn hợp này được tạo thành từ các hạt rắn lớn lơ lửng trong một chất lưu, giúp các nhà khoa học dễ quan sát hành vi vật lý của các nguyên tử hay phân tử hơn. Thông thường, các hạt này có dạng hình cầu nhưng với thí nghiệm này, nhóm sử dụng các hạt hình elíp, nhờ đó họ có thể biết được chúng đang quay về hướng nào.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các mức nồng độ hạt khác nhau trong chất lưu, theo dõi khả năng di chuyển và xoay tròn của chúng. Cuối cùng, họ phát hiện ra rằng ở nồng độ cao hơn, các hạt cản trở khả năng xoay của nhau nhưng vẫn di chuyển được, hình thành một trạng thái thủy tinh lỏng.

“Ở một mật độ nhất định, chuyển động định hướng bị đóng băng trong khi đó chuyển động tịnh tiến vẫn không đổi, dẫn tới trạng thái thủy tinh lỏng mà ở đó các hạt co cụm để hình thành các cấu trúc cục bộ có hướng tương tự nhau”, tác giả dẫn đầu nghiên cứu Andreas Zumbusch cho biết.

Nhóm cho hay, hành vi quan sát được đến từ 2 sự chuyển dịch thủy tinh cạnh tranh tương tác với nhau. Thủy tinh lỏng đã được dự đoán hàng thập kỷ nay và quan sát mới gợi ý rằng các quá trình tương tự có thể vẫn đang hoạt động trong các hệ thống hình thành thủy tinh khác.

“Điều này cực kỳ thú vị từ quan điểm lý thuyết. Các thí nghiệm của chúng tôi cung cấp một dạng bằng chứng cho sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa giao động tới hạn và hãm thủy tinh mà cộng đồng khoa học vẫn tìm kiếm lâu nay”, tác giả cao cấp của nghiên cứu Matthias Fuchs chia sẻ.