Los vidrios tienen una estructura desordenada similar a un líquido pero propiedades mecánicas similares a las de un sólido. Esto conduce a uno de los misterios centrales de las gafas:¿por qué no fluyen como líquidos? Esta pregunta es tan importante que fue seleccionada por la revista Ciencias en 2005 como una de las 125 claves, preguntas científicas sin respuesta, y uno de los 11 problemas físicos importantes sin resolver.

Difícilmente podemos observar los movimientos de los átomos en una escala de longitud de ~ 0,1 nanómetros y una escala de tiempo de ~ 1 nanosegundo. Afortunadamente, sin embargo, Los científicos han descubierto que los sistemas coloidales tienen comportamientos de fase similares a los de los sistemas atómicos. Los coloides se consideran grandes "átomos" que revelan información microscópica sobre las transiciones de fase que no se pueden obtener fácilmente a partir de materiales atómicos.

En la última decada, las gafas coloidales han atraído mucho interés, resultando en numerosos descubrimientos importantes. Sin embargo, la mayoría de estos estudios se refieren a partículas esféricas que tienden a formar estructuras cristalinas locales o de rango intermedio. Desafortunadamente, tales estudios no son de aplicación general, ya que la mayoría de los vidrios no están compuestos de esferas y no tienen estructura cristalina.

Para contrarrestar este problema, Investigadores del Instituto de Mecánica de la Academia de Ciencias de China y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong realizaron recientemente estudios experimentales por primera vez en sistemas vidriosos compuestos de partículas no esféricas.

Los investigadores encontraron que las monocapas de elipsoides monodispersos son buenos formadores de vidrio y no forman estructuras cristalinas locales. Por lo tanto, proporcionan un sistema ideal y general para detectar el origen estructural de la dinámica de desaceleración a medida que se acerca la transición vítrea.

De hecho, los formadores de vidrio tienen fuertes heterogeneidades dinámicas, es decir., algunas regiones se mueven rápido y otras lentas. Estos resultados muestran que las estructuras con baja entropía estructural se corresponden bien con dinámicas lentas, mientras que las regiones de relajación rápida (fluidas) tienen una alta entropía estructural.

En vasos compuestos de partículas esféricas, algunas estructuras poliédricas generalmente se consideraban responsables de la dinámica lenta. Sin embargo, un tipo de poliedro solo existe en ciertos sistemas de esferas. La entropía estructural mide el nivel de desorden en una estructura, incluyendo varias estructuras locales específicas, p.ej. poliedros virosos que existen en sistemas compuestos por esferas. Entonces, la baja entropía estructural es una característica estructural general de la dinámica lenta en la materia vítrea, que se sostiene en sistemas compuestos de esferas y no esferas.

Además, los investigadores observaron comportamientos críticos similares a los de Ising en un punto de transición vítreo ideal tanto en estructuras estáticas como en dinámica lenta. Tales comportamientos son una característica cuantitativa de la transición termodinámica que explica si la transición vítrea es puramente dinámica o termodinámica (estructural). ya que no hay estructuras de pedidos en vasos.

"La observación de comportamientos críticos en vidrios elipsoides proporciona una evidencia cuantitativa mucho más sólida de la naturaleza termodinámica de la transición vítrea, "dijo Wang Yuren, autor correspondiente del estudio. "Los resultados arrojan nueva luz tanto sobre los misterios de la teoría del vidrio como sobre el diseño de materiales con alta estabilidad y capacidad de formación de vidrio".