玻璃是常見的建築材料，但當中仍然有神秘之處等待人類發現。最新刊於《美國國家科學院期刊 (PNAS) 》的研究指，從玻璃的液態和固態之間的轉變中，確定到一種新的物質狀態並稱之為「液體玻璃」，並在微觀水平上表現出前所未有的行為。

研究顯示，液體玻璃為一種均勻混合物，似乎存在於固態和類似凝膠的膠體 (colloid) 之間，具有微小但仍大於原子和分子且易於研究的微粒子。

有参與研究的德國康斯坦茨大學物理學與天文學系助理教授 Matthias Fuchs 表示，從理論上以言發現非常令人感興趣；實驗亦證明臨界波動 (critical fluctuations) 和玻璃阻滯之間的相互作用，這是學界一直在研究的問題。

當材料從液態轉變為固態時，其分子通常會排成一行，形成一種晶體模式。對於玻璃而言卻並非如此，對於玻璃和類似玻璃的材料，在變成固態時分子會被鎖定或凍結成無序狀態，這亦是物理學家如此熱衷於分析和解構玻璃的原因。

在液體玻璃中，團隊注意到膠體能夠移動，但不能旋轉，亦比正常固態玻璃中的分子具有更大柔韌性。

這些膠體是橢圓形而非標準球形，所以能容易觀察到這些鎖定狀態的膠體粒子如何旋轉。團隊又發現，膠體以相似的方向成簇地聚集一起，然後在整個材料內部互相阻塞。

康斯坦茨大學物理化學教授 Andreas Zumbusch 解釋，由於粒子形狀特別並具有定向性，與球形粒子相反，令團隊可觀察到全新、以前未被研究過的複雜粒子行為。

團隊又測試了液體玻璃中不同濃度的粒子、追蹤其移動和旋轉能力。他們發現，在濃度較高的情況下，這些粒子會阻止彼此旋轉，但仍可移動並形成液態玻璃狀態。

Zumbusch指出，在特定的粒子密度下，定向運動停止，而平移運動保持不變，導致粒子聚集形成具有相似定向的局部結構的玻璃狀態。

研究顯示，液體玻璃實際上是兩種互相競爭的液態至固態過渡的互動作用，形成了有不同性質的混合物。粒子的形狀和濃度似乎對於製造液體玻璃是關鍵。

來源：
Science Alert, Physicists Have Observed an Entirely New State of Matter Called 'Liquid Glass', 7 January 2021

報告：
Roller, J., Laganapan, A., Meijer, J. & et al. (2021). Observation of liquid glass in suspensions of ellipsoidal colloids. PNAS January 19, 2021 118 (3) e2018072118. doi: 10.1073/pnas.2018072118

文／Alan Chiu