유리는 투명하고 단단한 믿을 수 없을 만큼 단순한 소재이지만 실제로는 매우 복잡하고 흥미로운 소재입니다. 유리가 액체에서 유리로 변하는 과정은 "유리 전이"로 알려져 있으며 유리의 역학이 크게 느려지는 것이 특징이며 이로 인해 유리에 독특한 특성이 부여됩니다.이러한 전환은 수년 동안 과학적 호기심의 주제였습니다. 이 과정에서 특히 흥미로운 점은 '동적 이질성'의 출현이다. 액체가 냉각되어 유리 전이 온도에 가까워짐에 따라 액체의 역학은 더욱 일관되고 불연속적이 됩니다.
새로운 연구에서 연구자들은 유리 형성 액체의 이러한 동적 이질성을 설명하기 위한 새로운 이론적 틀을 제안했습니다. 이 견해는 이러한 액체의 이완이 국지적 재배열을 통해 발생하고, 이는 다시 탄성 상호작용을 통해 서로 영향을 미친다고 주장합니다. 이완(Relaxation)은 물리학의 용어로, 점진적인 물리적 과정에서 특정 상태에서 평형 상태로 점진적으로 되돌아가는 과정을 의미합니다. 연구진은 국지적 재배열, 탄성 상호작용, 열 변동 사이의 상호 작용을 연구함으로써 이러한 복잡한 시스템의 집단 역학에 대한 포괄적인 이론을 개발했습니다.
이 연구는 로잔 연방공과대학(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne)의 Matthieu Wyart 교수가 드레스덴에 있는 막스 플랑크 연구소, 프랑스 국립과학원, 그르노블 알프스 대학교, 드레스덴에 있는 시스템 생물학 센터의 동료들과 협력하여 수행했습니다. 연구 결과는 현재 Physical Review X에 게재되었습니다.
연구팀은 유리질 액체에서 관찰된 동적 상관 길이의 증가를 설명하기 위해 "스케일링 이론"을 제안했습니다. 이 상관 길이는 열 변동에 의해 유발된 드문 사건인 "열 붕괴"와 관련되어 있으며 이후에 더 빠른 운동 폭발을 유발합니다.
이 연구의 이론적 틀은 또한 액체 점도가 입자 확산을 분리하는 현상인 스토크-아인슈타인 분해에 대한 통찰력을 제공합니다.
이론적 예측을 검증하기 위해 연구진은 다양한 조건에서 광범위한 수치 시뮬레이션을 수행했습니다. 이러한 시뮬레이션을 통해 스케일링 이론의 정확성과 유리 액체의 관찰된 역학을 설명하는 능력이 확인되었습니다.
이 연구는 유리의 역학에 대한 이해를 심화시킬 뿐만 아니라 뇌 활동이나 마찰 물체 사이의 미끄러짐을 비롯한 여러 다른 복잡한 시스템의 특성을 다루는 새로운 방법을 제시합니다.
Matthieu Wyart는 "우리의 연구는 액체의 동적 상관 길이의 증가를 붕괴형 이완과 연결하는데, 이는 무질서한 자석, 입상 물질 및 지진에서 잘 연구되었습니다."라고 Matthieu Wyart는 말합니다. "따라서 이 접근법은 다른 분야 사이에 예상치 못한 다리를 만듭니다. 따라서 열 변동을 포함한 외부 변동에 의해 붕괴가 어떻게 영향을 받는지에 대한 우리의 설명은 더 넓은 의미를 가질 수 있습니다."