Ученые впервые зафиксировали топологические дефекты в стекле в ходе эксперимента

Новости МирТесен

Физики из разных стран разработали экспериментальный метод обнаружения топологических дефектов в материалах с низкой степенью упорядоченности. Этот подход позволит более детально изучить характеристики большого количества аморфных систем.

Аморфный материал представляет собой твердое тело, в котором атомы или молекулы расположены хаотически, не занимая фиксированных позиций. Аморфное состояние является наиболее распространенной формой организации вещества во Вселенной; к нему относятся биологические клетки, стекла, полимерные материалы, клеи и гели.

«Кристаллические материалы имеют принципиально иную структуру, являясь противоположностью вышеупомянутым объектам. Их внутренняя организация характеризуется высокой степенью упорядоченности, что позволяет ученым описывать кристаллы с использованием математических моделей, поскольку они состоят из идентичных, бесконечно повторяющихся элементарных ячеек. Это утверждение в целом верно, однако при более детальном изучении кристаллы, особенно природные, обнаруживают множество дефектов. Нарушения в их внутренней структуре оказывают значительное влияние на свойства: цвет, способность к деформации, температуру плавления и характер прохождения электрического тока.

Для исследователей топологические дефекты представляют особый интерес. Вблизи точки топологического дефекта структура кристалла изменяется таким образом, что на некоторые физические характеристики материала оказывается значительное влияние изменяютПосле завершения полного обхода вокруг дефекта наблюдается соответствующее изменение в его характеристиках.

В аморфных системах, включая стекло и случайные сети нейронных связей, топологические дефекты были впервые зарегистрированы лишь в 2021 году. Однако до настоящего времени отсутствовали получить убедительные доказательства существования топологических дефектов в реальных аморфных материалах.

Международные физики выявили топологические дефекты в аморфном коллоидном стекле, сформированном в лабораторных условиях путем случайного смешивания магнитных коллоидных частиц. Для обнаружения дефектов ученые использовали специальные методы численного анализа, применяемые к обработке данных, полученных с помощью видеомикроскопии. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Аморфное вещество, используемое в эксперименте, представляло собой смесь полистирола и наночастиц оксида железа, стабилизированных с помощью додецилсульфата натрия ( sodium dodecyl sulfate), расположенную на идеально ровной поверхности. помещалиИсследователи воздействовали на материал магнитным полем и зафиксировали изменения, происходящие в аморфном веществе при помощи камеры, данные с которой послужили основой для анализа и выявления дефектов.

Исследователи считают, что экспериментальное подтверждение наличия топологических дефектов в неупорядоченных системах стало важной вехой в физике конденсированного состояния. Благодаря этому ученые теперь смогут точно контролировать физические свойства аморфных материалов и систем. Изучение аморфных систем позволит лучше понять множество сложноорганизованных объектов, от нервных систем живых существ до структуры космоса.