El vidrio puede parecer un material común que encontramos todos los días, pero la física que contiene es bastante compleja y la ciencia Los cereales aún no se comprenden del todo. Las vidrieras de muchos edificios medievales, como algunas de las vidrieras, han sido endurecidas durante siglos, ya que sus componentes Las moléculas están permanentemente congeladas en un estado desordenado. De manera similar, los líquidos sobreenfriados no son suficientemente sólidos, en el sentido de que sus partículas elementales no se adhieren a un patrón reticular con orden de largo alcance. Lo son, pero tampoco son líquidos normales, porque las partículas también carecen de energía para moverse libremente. Se necesitan más investigaciones para revelar la física de estos sistemas complejos.
Ahora, en un estudio publicado en Materiales naturalesInvestigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio utilizaron simulaciones informáticas avanzadas para modelar el comportamiento de partículas elementales en un líquido vítreo sobreenfriado. Su enfoque se basó en el concepto de energía de activación de Arrhenius, que es la barrera energética que un proceso debe superar para poder continuar. Un ejemplo es la energía necesaria para reorganizar partículas individuales en un material inmóvil. El “comportamiento de Arrhenius” significa que un proceso debe depender de fluctuaciones térmicas aleatorias y la velocidad disminuye exponencialmente a medida que aumenta la barrera de energía. Sin embargo, las condiciones que requieren una reordenación cooperativa de partículas pueden ser aún más raras, especialmente a bajas temperaturas. A veces se les llama relaciones súper-Arrhenius.
El nuevo estudio fue el primero en mostrar la relación entre el orden estructural y el comportamiento dinámico de los líquidos a nivel microscópico. “Utilizando análisis numérico dentro de un modelo informático de líquidos formadores de vidrio, mostramos cómo el reordenamiento fundamental de las partículas puede afectar el orden estructural y el comportamiento dinámico”, dice Seiichiro Ishino, autor principal del estudio. El equipo demostró que un proceso al que denominan “T1”, que mantiene el orden conformacional dentro del líquido, es clave para comprender la dinámica cooperativa. Si un proceso T1 altera el orden estructural local, debe implicar el libre movimiento de partículas, lo que da como resultado un comportamiento normal similar al de Arrhenius. Por el contrario, si la reorganización de T1 mantiene cooperativamente el orden local, el efecto se propaga hacia afuera, dando como resultado un comportamiento superarrenius.
“Nuestra investigación nos brinda una nueva perspectiva microscópica sobre el origen largamente buscado de la cooperación dinámica en los materiales que forman el vidrio. Esperamos que estos hallazgos contribuyan a un mejor control de la dinámica de los materiales, “Esto conducirá a un diseño de materiales más eficiente y a una mejor fabricación de vidrio. procesos”, dice el autor principal Hajime Tanaka. Esto podría incluir vidrio más resistente y duradero para teléfonos inteligentes y otras aplicaciones.
