一个国际科学家团队的研究为玻璃化物理学——玻璃形成的过程——提供了新的视角。

他们的发现以分析玻璃的一个共同特征为中心，称为玻色子峰，可能有助于为材料科学的新发展铺平道路。

当使用特殊设备研究其组成原子的振动时，可以在玻璃中观察到峰值，它在太赫兹范围内达到峰值。 玻色子峰还使玻璃比由相同材料形成的晶体具有额外的热容量。

导致玻色子峰的原子或分子的超低振动被认为在冷却液体是否形成玻璃或晶体方面发挥了作用，但该过程仍未完全了解。

在《自然通讯》杂志上发表的一篇论文中，来自英国、斯洛文尼亚和日本的研究人员概述了他们如何合作分析和模拟原硅酸四丁酯样品中玻色子峰的出现方式——一种不会结晶的粘性液体，用于 生产某些类型的玻璃。

格拉斯哥大学化学学院的 Klaas Wynne 教授是该论文的通讯作者之一。 韦恩教授说：“这项工作有助于加深我们对玻璃化的理解，这是目前物理学中的一个热门话题。”

“当液体快速冷却时，它们会形成玻璃或晶体——这一过程知之甚少，但对应用很重要。”

“玻璃可以由多种材料制成，除了明显的窗玻璃应用外，它们还用于各种行业。 例如，坚固、柔韧的金属玻璃用于航空领域，而其他金属玻璃则可用于药物，它们可以帮助控制药物被人体吸收的速度。”

“然而，一种称为二次弛豫的过程会导致玻璃在冷却后形成晶体，有时甚至是在数年后。 目前还不完全清楚是哪些分子过程导致了这种情况的发生，更好地了解眼镜的形成方式可以帮助我们在未来制造出更好、更安全的眼镜。”

“研究玻色子峰的挑战之一是它与分子振动和旋转等其他过程一起发生，这使得分离和分析变得困难。 我们开始使用一系列技术来研究玻色子峰在不同条件下的功能，以帮助扩展我们对玻璃形成的理解。”

研究人员选择研究原硅酸四丁酯或 TBOS，因为它的分子结构是对称的，这使得将玻色子峰与所有其他贡献分离开来变得更容易。 他们使用了一套观察技术，包括拉曼光谱，以监测 TBOS 分子在一系列温度条件下从液体冷却到玻璃时的行为。

他们第一次能够看到，当 TBOS 冷却形成玻璃时，它开始但没有完成结晶过程，从而提供了对玻璃化分子过程的关键洞察。

在实验技术的同时，华威大学的研究人员进行了计算机模拟，能够准确反映实验室观察结果并正确预测 TBOS 转变为玻璃时的行为。

英国华威大学化学系的Gabriele Sosso博士也是该论文的通讯作者。 Sosso 博士补充说：“TBOS 分子的对称性为在建模和实验之间建立联系提供了独特的机会。”

“在过去的几年里，我们学到了很多关于眼镜的知识，这在很大程度上要归功于我们通常所说的‘简单’模型的计算机模拟——想想球形粒子的二维或三维网络。 这些简单的模型对于揭示无序系统的微妙之处非常有用——然而，TBOS 是一个完全不同的野兽！ 将社区对模型系统的看法应用到现实生活中的分子玻璃（如 TBOS）中是非常有益的。”

“玻璃状 TBOS 中的玻色子峰似乎来自非常具体的结构特征，这一事实代表了计算界令人难以置信的诱人前景。 我迫不及待地想看看这些结构特征在其他类型的分子玻璃中会是什么样子——激动人心的未来！”

该团队的论文题为“了解分子玻璃中玻色子峰的出现”，发表在《自然通讯》上。 该研究得到了欧洲研究委员会、Leverhulme Trust、工程和物理科学研究委员会以及斯洛文尼亚研究机构的资助。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南留学态度观点。