পাঁচটি কাঁচের রহস্য আমরা এখনও ব্যাখ্যা করতে পারি না: ধাতব চশমা থেকে অপ্রত্যাশিত অ্যানালগ পর্যন্ত

প্রবাহিত মিথ

যেকোনো মধ্যযুগীয় চার্চের দাগযুক্ত কাচের জানালা দিয়ে দেখুন, এবং আপনি প্রায় অবশ্যই একটি বিকৃত দৃশ্য দেখতে পাবেন। প্রভাবটি দীর্ঘকাল ধরে বিজ্ঞানী এবং অ-বিজ্ঞানীদের একইভাবে সন্দেহ করতে পরিচালিত করেছে যে, যথেষ্ট সময় দেওয়া হলে, কাচ একটি ব্যতিক্রমী সান্দ্র তরলের মতো প্রবাহিত হয়। কিন্তু এই দাবির কি কোনো বৈধতা আছে?

প্রশ্নটি এত সোজা নয় যতটা প্রথম দেখাতে পারে। প্রকৃতপক্ষে, তরল কখন তরল হওয়া বন্ধ করে এবং কাচ হতে শুরু করে তা কেউ-ই সঠিকভাবে বলতে পারে না। প্রথাগতভাবে, পদার্থবিদরা বলে যে একটি তরল একটি গ্লাসে পরিণত হয় যখন পারমাণবিক শিথিলতা - একটি পরমাণু বা অণুর তার ব্যাসের একটি উল্লেখযোগ্য অংশ সরানোর সময় - 100 সেকেন্ডের বেশি হয়। এই শিথিলকরণ হার প্রায় 10¹⁰ প্রবাহিত মধুর তুলনায় গুণ ধীর, এবং 10¹⁴ জলের তুলনায় অনেক ধীর। কিন্তু এই থ্রেশহোল্ডের পছন্দ নির্বিচারে: এটি মৌলিক পদার্থবিজ্ঞানে কোন স্বতন্ত্র পরিবর্তন প্রতিফলিত করে না।

তা সত্ত্বেও, একটি 100 সেকেন্ডের শিথিলতা সমস্ত মানুষের উদ্দেশ্যে নির্দিষ্ট। এই হারে, সাধারণ সোডা-লাইম গ্লাসের একটি টুকরো ধীরে ধীরে প্রবাহিত হতে এবং আরও শক্তিশালীভাবে অনুকূল স্ফটিক সিলিকন ডাই অক্সাইডে পরিণত হতে সময় লাগবে - অন্যথায় কোয়ার্টজ নামে পরিচিত। যদি মধ্যযুগীয় গির্জাগুলিতে দাগযুক্ত কাচটি বিকৃত হয়, তাই এটি সম্ভবত মূল কাঁচ প্রস্তুতকারকের (আধুনিক মান অনুসারে) দুর্বল কৌশলের ফল। অন্যদিকে, কেউ পরীক্ষা করার জন্য হাজার বছরের পরীক্ষা করেনি।

"আদর্শ" কাচের সন্ধানে

একটি তরল ঠান্ডা হওয়ার সাথে সাথে এটি একটি গ্লাসে শক্ত হতে পারে বা স্ফটিক হয়ে যেতে পারে। যাইহোক, যে তাপমাত্রায় একটি তরল একটি গ্লাসে রূপান্তরিত হয় তা নির্দিষ্ট নয়। যদি একটি তরলকে এত ধীরে ধীরে ঠান্ডা করা যায় যে এটি একটি স্ফটিক গঠন করে না, তাহলে তরলটি শেষ পর্যন্ত কম তাপমাত্রায় একটি গ্লাসে রূপান্তরিত হবে এবং ফলস্বরূপ একটি ঘনত্ব তৈরি করবে। দ্য মার্কিন রসায়নবিদ ওয়াল্টার কাউজম্যান 1940-এর দশকের শেষের দিকে এই সত্যটি উল্লেখ করেছিলেন, এবং একটি তরলকে "ভারসাম্যে" ঠান্ডা করা হলে একটি গ্লাস যে তাপমাত্রায় তৈরি হবে তা ভবিষ্যদ্বাণী করতে এটি ব্যবহার করেছিলেন - অর্থাৎ অসীম ধীরে ধীরে। ফলস্বরূপ "আদর্শ গ্লাস"-এর বিপরীতে, একটি ক্রিস্টালের মতো একই এনট্রপি থাকবে, যদিও এখনও নিরাকার বা বিকৃত হওয়া সত্ত্বেও। মূলত, একটি আদর্শ কাচ হল যেখানে অণুগুলিকে সবচেয়ে ঘন সম্ভাব্য এলোমেলো বিন্যাসে একসাথে প্যাক করা হয়।

2014 সালে পদার্থবিদ সহ ইতালির রোমের স্যাপিয়েঞ্জা ইউনিভার্সিটির জর্জিও প্যারিসি (যিনি "ভৌত সিস্টেমে ব্যাধি এবং ওঠানামার ইন্টারপ্লে" বিষয়ে তাঁর কাজের জন্য পদার্থবিজ্ঞানের জন্য 2021 সালের নোবেল পুরস্কার ভাগ করেছেন) অসীম স্থানিক মাত্রার (গাণিতিকভাবে সহজ) সীমাতে একটি আদর্শ কাচ গঠনের জন্য একটি সঠিক ফেজ ডায়াগ্রাম তৈরি করেছে। সাধারণত, ঘনত্ব বিভিন্ন অবস্থার পার্থক্য করার জন্য একটি অর্ডার প্যারামিটার হতে পারে, কিন্তু কাচ এবং একটি তরলের ক্ষেত্রে, ঘনত্ব মোটামুটি একই। পরিবর্তে, গবেষকদের একটি "ওভারল্যাপ" ফাংশন অবলম্বন করতে হয়েছিল, যা একই তাপমাত্রায় বিভিন্ন সম্ভাব্য নিরাকার কনফিগারেশনে অণুগুলির অবস্থানের সাদৃশ্য বর্ণনা করে। তারা দেখতে পেল যে যখন তাপমাত্রা Kauzmann তাপমাত্রার চেয়ে কম হয়, তখন সিস্টেমটি একটি উচ্চ ওভারল্যাপ সহ একটি স্বতন্ত্র অবস্থায় পড়ার প্রবণতা: একটি কাচের ধাপ।

তিন মাত্রায়, বা প্রকৃতপক্ষে কোনো ক্ষুদ্র সীমিত সংখ্যক মাত্রায়, কাচের রূপান্তরের তত্ত্ব কম নিশ্চিত। কিছু তাত্ত্বিক আবার আদর্শ গ্লাস ধারণা ব্যবহার করে তাপগতিগতভাবে বর্ণনা করার চেষ্টা করেছেন। অন্যরা বিশ্বাস করে যে এটি একটি "গতিশীল" প্রক্রিয়া যেখানে, ক্রমান্বয়ে কম তাপমাত্রায়, অণুর আরও বেশি সংখ্যক পকেট আটকে যায়, যতক্ষণ না পুরো বাল্ক বেশি কাঁচে পরিণত হয়। দীর্ঘদিন ধরেই দুই শিবিরের সমর্থকদের মধ্যে কোন্দল চলছে। তবে গত কয়েক বছরে কনডেন্সড ম্যাটার থিওরিস্ট ড ধান রয়েল ফ্রান্সের ইএসপিসিআই প্যারিসে এবং সহকর্মীরা দাবি করেছেন যে কীভাবে দুটি পন্থা ব্যাপকভাবে মিলিত হতে পারে (জে কেম। শারীরিক 153 090901) "আমরা 20 বছর আগে যে প্রতিরোধ [চুক্তিতে] দেখেছিলাম তার অনেকটাই হারিয়ে গেছে," তিনি বলেছেন।

একটি ভাল গ্লাস দুটি রুট

কাচের বৈশিষ্ট্যগুলি পরিবর্তন করতে, আপনার কাছে দুটি মৌলিক বিকল্প রয়েছে: এর গঠন পরিবর্তন করুন বা এটি প্রক্রিয়া করার উপায় পরিবর্তন করুন। উদাহরণস্বরূপ, সাধারণ সোডা এবং চুনের পরিবর্তে বোরোসিলিকেট ব্যবহার করলে কাচকে উত্তপ্ত করার সময় চাপ কম হয়, যে কারণে বোরোসিলিকেট গ্লাস প্রায়শই বেকওয়্যারের জন্য খাঁটি সোডা চুনের জায়গায় ব্যবহার করা হয়। কাচটিকে আরও মজবুত করার জন্য, কর্নিংয়ের আসল পাইরেক্সের মতো "টেম্পারিং" প্রক্রিয়ায় এর বাইরের পৃষ্ঠকে এর বাল্কের তুলনায় আরও দ্রুত ঠান্ডা করা যেতে পারে।

কর্নিংয়ের আরেকটি উদ্ভাবন, স্মার্টফোনের জন্য গরিলা গ্লাস, এর শক্তিশালী, স্ক্র্যাচ-প্রতিরোধী বৈশিষ্ট্যগুলি অর্জনের জন্য রচনা এবং প্রক্রিয়াকরণের আরও জটিল রেসিপি রয়েছে। হৃদয়ে একটি ক্ষার-অ্যালুমিনোসিলিকেট উপাদান, এটি অতিরিক্ত রাসায়নিক শক্তিশালীকরণের জন্য একটি গলিত লবণের দ্রবণে নিমজ্জিত হওয়ার আগে একটি বিশেষ দ্রুত-নিভানো "ফিউশন টানা" প্রক্রিয়ায় একটি শীটের মধ্য-বাতাসে উত্পাদিত হয়।

সাধারণত, একটি গ্লাস যত ঘন হয়, এটি তত শক্তিশালী হয়। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, গবেষকরা আবিষ্কার করেছেন যে দৈহিক বাষ্প জমার মাধ্যমে খুব ঘন কাচ তৈরি করা যেতে পারে, যেখানে একটি বাষ্পযুক্ত উপাদান একটি ভ্যাকুয়ামে একটি পৃষ্ঠের উপর ঘনীভূত হয়। প্রক্রিয়াটি অণুগুলিকে টেট্রিসের খেলার মতো এক সময়ে তাদের সবচেয়ে দক্ষ প্যাকিং খুঁজে পেতে দেয়।

ধাতব আয়ত্ত করা

1960 ইন পল ডুয়েজ, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ক্যালিফোর্নিয়ায় ক্যালটেক-এ কর্মরত একজন বেলজিয়ান কনডেন্সড-ম্যাটার পদার্থবিজ্ঞানী একজোড়া কুলড রোলারের মধ্যে গলিত ধাতুকে দ্রুত শীতল করছিলেন - একটি কৌশল যা স্প্ল্যাট নিভেন নামে পরিচিত - যখন তিনি আবিষ্কার করেন যে দৃঢ় ধাতুগুলি কাঁচের হয়ে গেছে। তারপর থেকে, ধাতব চশমা পদার্থ বিজ্ঞানীদের মুগ্ধ করেছে, আংশিকভাবে কারণ সেগুলি তৈরি করা খুব কঠিন এবং আংশিকভাবে তাদের অস্বাভাবিক বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে৷

সাধারণ স্ফটিক ধাতুর অন্তর্নিহিত শস্যের সীমানাগুলির মধ্যে কোনটিই নেই, ধাতব চশমাগুলি সহজে পরিধান করে না যার কারণে NASA তাদের স্পেস রোবটগুলিতে লুব্রিক্যান্ট-মুক্ত গিয়ারবক্সে ব্যবহারের জন্য পরীক্ষা করেছে। এই চশমাগুলি গতিশক্তির শোষণকেও প্রতিরোধ করে - উদাহরণস্বরূপ, উপাদান দিয়ে তৈরি একটি বল একটি অদ্ভুতভাবে দীর্ঘ সময়ের জন্য বাউন্স করবে। ধাতব চশমাগুলিতেও চমৎকার নরম চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা তাদের অত্যন্ত দক্ষ ট্রান্সফরমারের জন্য আকর্ষণীয় করে তোলে এবং প্লাস্টিকের মতো জটিল আকারে তৈরি করা যেতে পারে।

অনেক ধাতু শুধুমাত্র কাঁচের হয়ে যাবে (যদি তারা তা করে) শ্বাসরুদ্ধকর দ্রুত শীতল হারে - বিলিয়ন ডিগ্রি প্রতি সেকেন্ড বা তার বেশি। সেই কারণে, গবেষকরা সাধারণত ট্রায়াল এবং ত্রুটি দ্বারা আরও সহজে স্থানান্তরিত ধাতুগুলি সন্ধান করেন। তবে গত কয়েক বছরে, সেন্ট লুইসের ওয়াশিংটন বিশ্ববিদ্যালয়ে কেন কেল্টন, ইউএস, এবং সহকর্মীরা পরামর্শ দিয়েছেন যে শিয়ার সান্দ্রতা এবং একটি তরল ধাতুর তাপীয় প্রসারণ পরিমাপ করে সম্ভাব্য কাচের স্থানান্তর তাপমাত্রার পূর্বাভাস দেওয়া সম্ভব (অ্যাক্টা মেটার। 172 1) কেল্টন এবং তার দল দৌড়ে এ আন্তর্জাতিক মহাকাশ স্টেশন গবেষণা প্রকল্প, যে তাপমাত্রায় একটি ধাতু আসলে কাঁচের হয়ে যায় তা অধ্যয়ন করতে এবং দেখা গেছে যে ধাতুটি এখনও একটি তরল অবস্থায় রূপান্তর প্রক্রিয়া শুরু হয়। তরলটি কতটা সান্দ্র তা পরিমাপ করে গবেষকরা এখন নির্ধারণ করতে পারেন যে একটি গ্লাস তৈরি হবে কিনা এবং এর কিছু বৈশিষ্ট্য কী হবে। ভবিষ্যদ্বাণী সাধারণ হওয়া উচিত, তাই বাণিজ্যিক ডিভাইসে ধাতব চশমাও হতে পারে। প্রকৃতপক্ষে, মার্কিন প্রযুক্তি কোম্পানি অ্যাপল দীর্ঘদিন ধরে স্মার্টফোনের কভারে ধাতব গ্লাস ব্যবহারের জন্য একটি পেটেন্ট ধারণ করেছে, কিন্তু কখনও এটি অনুশীলন করেনি - সম্ভবত অর্থনৈতিকভাবে কার্যকর একটি ধাতব গ্লাস খুঁজে পেতে অসুবিধার কারণে।

ফেজ-পরিবর্তন উপকরণের ভবিষ্যত

চশমা এবং স্ফটিকগুলির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি আলাদা হতে পারে তবে সাধারণত তাদের অপটিক্যাল এবং ইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্যগুলি মোটামুটি একই রকম। অপ্রশিক্ষিত চোখের কাছে, উদাহরণস্বরূপ, সাধারণ সিলিকন-ডাই-অক্সাইড গ্লাস দেখতে প্রায় কোয়ার্টজের মতো, এর স্ফটিক প্রতিরূপ। কিন্তু কিছু পদার্থ - বিশেষত চ্যালকোজেনাইড, যা পর্যায় সারণির অক্সিজেন গ্রুপের উপাদানগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করে - এর অপটিক্যাল এবং ইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা তাদের গ্লাসযুক্ত এবং স্ফটিক অবস্থায় উল্লেখযোগ্যভাবে আলাদা। যদি এই উপকরণগুলিও "খারাপ" কাচের তৈরি হয় (অর্থাৎ, পরিমিতভাবে উত্তপ্ত হলে ক্রিস্টালাইজ হয়) তবে তারা তথাকথিত ফেজ-পরিবর্তন উপকরণ হিসাবে কাজ করে।

আমাদের বেশিরভাগই এক সময় বা অন্য সময়ে ফেজ-পরিবর্তন উপকরণগুলি পরিচালনা করে থাকবে: সেগুলি পুনর্লিখনযোগ্য ডিভিডি এবং অন্যান্য অপটিক্যাল ডিস্কের ডেটা-স্টোরেজ মাধ্যম। এগুলোর একটিকে একটি উপযুক্ত ড্রাইভে ঢোকান, এবং একটি লেজার গ্লাসী এবং স্ফটিক অবস্থার মধ্যে ডিস্কের যেকোনো বিট পরিবর্তন করতে পারে, যা একটি বাইনারি শূন্য বা একটিকে প্রতিনিধিত্ব করে। আজ, অপটিক্যাল ডিস্কগুলি মূলত ইলেকট্রনিক "ফ্ল্যাশ" মেমরি দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়েছে, যার একটি বৃহত্তর সঞ্চয় ঘনত্ব এবং কোন চলমান অংশ নেই। Chalcogenide গ্লাস কখনও কখনও ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড অপটিক্যাল সার্কিটেও ব্যবহৃত হয়, যেমনটি এখানে চিত্রিত হয়েছে। ফেজ-পরিবর্তন উপকরণগুলি দ্বারা ডেটা স্টোরেজের অ্যাপ্লিকেশনগুলি খুঁজে পাওয়া অব্যাহত রয়েছে মার্কিন প্রযুক্তি সংস্থা ইন্টেল এবং এর "অপটেন" ব্র্যান্ডের মেমরি, যা দ্রুত অ্যাক্সেস করা যায় কিন্তু অ-উদ্বায়ী (বিদ্যুৎ বন্ধ হয়ে গেলে এটি মুছে ফেলা হয় না)। এই অ্যাপ্লিকেশনটি অবশ্য বিশেষভাবে রয়ে গেছে।

আরো লাভজনক, সলিড-স্টেট তত্ত্ববিদ বলেছেন জার্মানির আরডব্লিউটিএইচ আচেন বিশ্ববিদ্যালয়ে ম্যাথিয়াস উটিগ, ফেজ-পরিবর্তন সম্পত্তি কোথা থেকে এসেছে তা জিজ্ঞাসা করা। চার বছর আগে, তিনি এবং অন্যরা একটি নতুন ধরণের রাসায়নিক বন্ধনের প্রস্তাব করেছিলেন, "মেটাভ্যালেন্ট" বন্ধন, এর উত্স ব্যাখ্যা করার জন্য। Wuttig-এর মতে, মেটাভ্যালেন্ট বন্ধন কিছু ইলেক্ট্রন ডিলোকালাইজেশন প্রদান করে, যেমন ধাতব বন্ধনে, কিন্তু একটি যোগ করা ইলেকট্রন-শেয়ারিং চরিত্রের সাথে, যেমন সমযোজী বন্ধনে। ফেজ পরিবর্তন সহ অনন্য বৈশিষ্ট্য, ফলাফল (অ্যাড। ম্যাটার 30 1803777) ক্ষেত্রের সবাই পাঠ্যপুস্তকে একটি নতুন ধরনের বন্ধন যুক্ত করতে চায় না, তবে Wuttig বিশ্বাস করেন যে প্রমাণটি পুডিংয়ে থাকবে। "এখন প্রশ্ন হল [মেটাভ্যালেন্ট বন্ধন] ভবিষ্যদ্বাণী করার ক্ষমতা আছে কিনা," তিনি বলেছেন। "এবং আমরা নিশ্চিত যে এটি আছে।"

গ্লাস যেখানে আপনি অন্তত এটা আশা

মিউজিক ফেস্টিভ্যালের অনুরাগীরা ঘটনাটি চিনতে পারবে: আপনি ধীরে ধীরে অন্য হাজার হাজার লোকের সাথে একটি পারফরম্যান্স ছেড়ে যাওয়ার চেষ্টা করছেন, যখন হঠাৎ ভিড় থামবে এবং আপনি আর নড়তে পারবেন না। গলিত সিলিকাকে শীতল করার অণুর মতো, আপনার গতি হঠাৎ আটকে গেছে - আপনি এবং আপনার সহ উত্সব-যাত্রীরা একটি কাঁচে পরিণত হয়েছেন। অথবা একটি গ্লাস এনালগ, অন্তত.

অন্যান্য কাচের অ্যানালগগুলির মধ্যে রয়েছে পিঁপড়ার উপনিবেশ, স্লাইডের মধ্যে আটকে থাকা জৈবিক কোষ এবং কলয়েড, যেমন শেভিং ফোম (উপরের ছবিটি দেখুন)। বিশেষ করে কোলয়েড, আকারে মাইক্রন পর্যন্ত কণা সহ, কাচের রূপান্তরের তত্ত্ব পরীক্ষা করার জন্য সুবিধাজনক সিস্টেম, কারণ তাদের গতিশীলতা আসলে একটি মাইক্রোস্কোপের মাধ্যমে দেখা যায়। এমনকি আরও আশ্চর্যজনক, যদিও, নির্দিষ্ট কম্পিউটার অ্যালগরিদমে কাচের আচরণের সূত্রপাত। উদাহরণস্বরূপ, যদি একটি অ্যালগরিদম একটি বড় সংখ্যক ভেরিয়েবল সহ একটি সমস্যার উত্তরোত্তর ভাল সমাধান খোঁজার জন্য ডিজাইন করা হয় তবে এটি জটিলতায় অভিভূত হতে পারে এবং সর্বোত্তম সমাধানটি খুঁজে পাওয়ার আগে থামতে পারে। চশমার মৌলিক অধ্যয়নের জন্য পরিকল্পিত পরিসংখ্যান পদ্ধতি ধার করে, যাইহোক, এই জাতীয় অ্যালগরিদমগুলি উন্নত করা যেতে পারে এবং আরও ভাল সমাধান পাওয়া যায়।