Thủy tinh, về bản chất, có tính ngẫu nhiên. Nó được tạo ra thông qua việc làm tan chảy nhiều khoáng chất cùng nhau ở nhiệt độ cao. Thủy tinh có cấu trúc vô định hình, lộn xộn giống như một chất lỏng bị đông đặc bất chợt. Tuy nhiên, một cách tình cờ, các nhà khoa học đã tạo ra một loại thể tinh hoàn toàn mới, với một cấu trúc phân tử có quy tắc.
Khám phá ngẫu nhiên về loại thủy tinh hoàn toàn mới
Các nhà khoa học bắt đầu nhận ra sự khác biệt của thứ thủy tinh họ tạo ra khi quan sát thấy một số đỉnh nhất quán trong dữ liệu đo kính quang phổ của họ.
Loại thủy tinh mới có cấu trúc tuân theo quy tắc, trái ngược với cấu trúc của những loại thủy tinh thông thường đã biết hiện nay. (Ảnh: IFLScience)
Theo tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, nhóm nghiên cứu đã đo việc thủy tinh làm phân cực (thay đổi hướng) của một chùm ánh sáng laser nhiều tới mức nào. Thông thường, sự tương tác của chùm ánh sáng laser với thủy tinh sẽ tạo ra một đồ thị không có nét đặc biệt, với mọi kết quả đều mang tính ngẫu nhiên. Tuy nhiên, lần này, đồ thị đã xuất hiện các đỉnh theo quy tắc.
Hiện tượng trên nghe có vẻ không nổi bật, nhưng là một dấu hiệu đáng tin cậy cho thấy sự sắp xếp tuần hoàn của các phân tử.
"Đây là một ngạc nhiên lớn. Tính ngẫu nhiên gần như là đặc tính của thủy tinh. Ít nhất là chúng ta đã quen với việc nghĩ như vậy. Cái chúng tôi vừa làm là chứng minh, con người có thể tạo ra thủy tinh có cấu trúc định rõ. Và hiện tại, khi hiểu rõ nguồn gốc của các hiệu ứng như vậy, chúng ta có thể thử kiểm soát cấu trúc đó nhờ thao túng cách chúng ta tạo ra những loại thủy tinh này", nhà nghiên cứu Juan de Pablo thuộc Đại học Chicago nói.
Bí mật của trật tự phân tử trong loại thủy tinh mới dường như là cách nó được tạo ra. Thay vì làm lạnh thủy tinh dạng lỏng đang chảy tới dạng rắn, loại thủy tinh mới được hình thành nhờ sử dụng hơi thủy tinh. Kỹ thuật này nhẹ nhàng xây dựng các lớp thủy tinh rắn bằng cách phủ hơi của các phân tử hữu cơ lên trên một bề mặt trong môi trường chân không.
Việc tạo lớp thủy tinh được thực hiện chính xác. Nó giúp nhốt giữ các phân tử theo định hướng.
Quá trình này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Nhiệt độ cần phải trong phạm vi hẹp, trong đó hơi chất lỏng có thể đông đặc lại. Trật tự phân tử của thủy tinh có thể được tinh chỉnh bằng cách thay đổi nhiệt độ trong khi thủy tinh đang kết tủa. Song, một khi thủy tinh đã định hình, nó sẽ lưu giữ trật tự phân tử ngay cả trong khi thay đổi nhiệt độ.
Nhà nghiên cứu de Pablo bình luận: "Thủy tinh là một trong các lớp vật liệu ít được hiểu rõ nhất. Chúng có cấu trúc của một chất lỏng (vô định hình), nhưng lại là chất rắn. Đó là một nhận thức bí ẩn với loài người suốt nhiều thập niên qua. Vì vậy, việc chúng ta hiện có thể kiểm soát định hướng của các vật liệu vô định hình này có thể chứa đựng nhiều ý nghĩa quan trọng về lí thuyết và kỹ thuật. Chúng tôi hiện chưa biết rõ chúng là gì, nhưng đây là một lĩnh vực nghiên cứu mới và một lớp vật liệu chưa từng tồn tại trước đây".