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家园 在超快的时间尺度内观察玻璃转化

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当化学家盯着一个装满水和冰块的玻璃饮水杯的时候,他们弄不清楚玻璃是更像水还是更像冰。

玻璃和人类文明的最有价值和最多用途的材料之一。对科学家来说,它也是最吸引人的事物之一,因为它同时显示了固体和液体的性质。

玻璃是一种非晶态固体,当被加热到所谓的“玻璃化温度”时,变成液体。当玻璃接近临界温度是——对大多数玻璃来说,大约在970到1100华氏度(520到590摄氏度)之间——它会同时具有液态的流动区域和固态的坚硬部分。

数十年来,科学家试图理解玻璃在接近临界温度时,在分子水平上是如何变化的。现在,一个由密歇根大学的化学家 Kevin J. Kubarych 领导的研究组应用超快的光谱仪来观察恰好在玻璃化温度之上的(玻璃)液体中的最快的分子运动。

“揭示玻璃转化中秘密的过程能对其它许多领域造成影响,包括预测高分子材料的光学和力学性质,以及理解生物体的拥挤的细胞环境。”化学助理教授 Kubarych 说道。

和密歇根大学的化学研究生 John King 和 Matthew Ross 一道, Kubarych 发现即使在皮秒(10^-12秒)的时间尺度上,依然存在“动态捕捉”:分子被锁在它们的位置上,长程的运动很难发生,尽管这时从结构上来看,玻璃已经和液体没有区别。

通常,这种效应在更慢——秒、分钟甚至更长——的时间尺度内被观察到。一篇总结这个研究的论文于4月9日在线发表在《物理评论快报》上。 King 是文章的第一作者。

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