Исследование молекулярной структуры стекла в представлении нейрохудожника
Международная группа исследователей из Силезского университета и Военно-морской исследовательской лаборатории США сообщила о решении так называемого парадокса Аррениуса — давнего противоречия, возникавшего при описании поведения молекулярных стекол. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Проблема возникала при использовании классического уравнения Аррениуса, которое связывает скорость молекулярных процессов с температурой. Применяя эту модель к молекулярным стеклам ученые регулярно получали неправдоподобно малые предэкспоненциальные множители — параметры, характеризующие собственный временной масштаб движения молекул без учета температурного влияния. Такие показатели противоречили физическому смыслу и долгое время оставались необъяснимыми.
Сванте Август Аррениус (1859-1927), шведский физикохимик, автор теории электролитической диссоциации, лауреат Нобелевской премии по химии (1903).Температура — не единственный виновник
Авторы исследования показали, что источник парадокса скрывался в самом подходе к анализу данных. Использовав изохорический метод, при котором объем системы остается постоянным, ученые обнаружили, что энергия активации в молекулярных стеклах уменьшается практически линейно с ростом температуры. Именно этот эффект искажает результаты традиционного анализа по Аррениусу и приводит к появлению аномально малых предэкспоненциальных множителей.
По сути, исследователи продемонстрировали, что противоречие не связано с ошибочностью самой модели Аррениуса. Необычное поведение возникает из-за того, что параметры системы меняются вместе с температурой, а это не учитывалось в прежних интерпретациях.
Полученные результаты помогают лучше понять фундаментальную физику стеклообразных материалов — веществ, которые имеют твердую форму, но при этом лишены упорядоченной кристаллической структуры. Такие материалы широко используются не только в производстве светопрозрачных конструкций, элементов освещения, оптики, посуды, но и в электронике, фармацевтике, изготовлении современных полимеров и композитных материалов.
(a) Химическая структура стеклообразователя с дипольной меткой. (b) Спектр BDS при 173 К показывает β-релаксацию при вращении CF3-фенилена и более быструю γ-релаксацию при движении алкильной цепи; неполярный аналог показывает только γ-процесс. (c)–(e) Спектры, полученные при изобарном охлаждении (0,1 МПа) и изотермическом сжатии (261 К или 244 К). (f) График Аррениуса для τβ, соответствующий классическому и модифицированному уравнениям. (g),(h) Зависимость τβ от давления при постоянной T; сплошные линии соответствуют τ ¼ τ0 expðPΔVact=rtÞ. Автор: Physical Review Letters (2026). DOI: 10.1103/jpnz-xfbjЗагадки и парадоксы стекла
Стекло считается одним из самых загадочных состояний вещества: оно остается твердым, хотя его атомы расположены беспорядочно, как в жидкости.
В физике стекол существует несколько знаменитых парадоксов. Помимо парадокса Аррениуса, ученые десятилетиями обсуждают «парадокс Каузмана», связанный с гипотетическим состоянием идеального стекла. В 2026 году другая группа исследователей представила компьютерные расчеты, указывающие на возможность существования такого состояния.
При приближении к температуре стеклования вязкость некоторых материалов может увеличиваться на 17 порядков без заметного изменения структуры.
Наша статья — это только начало. Хотя она разрешила один парадокс, она также открыла множество совершенно новых вопросов. В ближайшем будущем мы хотим понять, насколько универсально это явление и какие молекулярные факторы определяют чувствительность вращательных барьеров к изменениям плотности стекла.Маржена Рамс-Барон
Недавно ученые на полном серьезе решили выяснить, останется ли стеклянная бутылка лучшей упаковкой для вина.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
