Az üvegről a legtöbb embernek az ablak, a poharak vagy éppen a szemüveg lencséje jut eszébe, azonban a fizikusok számra az üvegszerű anyagok jóval többet jelentenek ezeknél. Bármilyen szilárd anyag lehet üvegszerű, amelynek rendezetlen a molekulaszerkezete, például sok műanyag, fémüveg, sőt néhány biológiai anyag is – írja a hvg.hu.

Egy kristályos szilárd anyagban a molekulák szabályos, kiszámítható mintázatban helyezkednek el, ezzel szemben az üveg molekulái véletlenszerűen, amorf szerkezetben, az anyag mégis szilárd. Érdekes fizikai kérdés, hogy miért alakul az üveg olvadt állapotból merev, szilárd anyaggá, miközben folyadék módjára őrzi meg a rendezetlen belső szerkezetet.

Jó ideje gyanítják a kutatók, hogy létezik az üvegnek egy „ideális állapota”. A Princetoni Egyetem vegyésze, Walter Kauzmann állított fel egy elméletet arról, hogy amint az üveg rendkívül hideg hőmérsékletre hűl, akkor végül eléri azt az ideális állapotot, amelyben a molekulák a lehető legszorosabban helyezkednek el.

Ez egy olyan üveg lenne, melyben a részecskék továbbra is véletlenszerűen rendeződnek el, de a lehető leghatékonyabban töltik ki a teret – ennek viszont csak egyetlen lehetősége létezik.

Egy ilyen „ideális üvegnek” kristályos szilárd tulajdonságai lennének, és például magasabb lehetne az olvadáspontja, a rugalmassága vagy a feszültség alatti törési ellenállása. Ilyen anyagot még sosem találtak a természetben, úgyhogy nincs is mit tanulmányozni, vagy legalább is eddig nem volt.

Az Oregoni Állami Egyetem kutatói úgy vélik, sikerülhet nekik számítógépen, matematikai modellezéssel előállítaniuk a „tökéletes üveget”, persze csak virtuálisan. Egy egyszerűsített rendszerrel kezdték, ahol a molekulákat kerek korongokként ábrázolták. A kétdimenziós kristályszerkezetből merítettek ihletet, ahol minden korongot hat szomszéd vesz körül, méhsejtszerű mintázatot kialakítva. Számítógépes modellezés segítségével végül sikerült kidolgozniuk egy olyan szerkezetet, ahol a korongok (molekulák) a lehető legszorosabb elrendezésben voltak, azonban eltávolították a kristályokra jellemző ismétlődő szerkezeteket. A konfiguráció végül teljesen rendezetlen maradt (ami az üvegre jellemző), viszont az anyag mechanikailag szilárd kristályként viselkedett, amit a különféle nyomási, hajlítási tesztek is igazoltak. A következőkben a háromdimenziós térre fogják kiterjeszteni a munkát.

Az ideális állapot megtalálása segítheti a kutatók abban, hogy jobban megértsék az üvegesedési folyamatot, és irányt mutathat olyan fejlett anyagok előállítására, amelyek a fémek szilárdságát az üvegszerű szerkezetek rugalmasságával ötvözik.