A simple vista, el vidrio puede parecer un sólido perfectamente organizado, pero a nivel microscópico, su disposición caótica de partículas se asemeja más a la de un líquido en caída libre congelado en el tiempo. Estos materiales, conocidos como sólidos amorfos, han desconcertado a los científicos durante un largo período.
Un estudio realizado por Dimitrios Fraggedakis, Muhammad Hasyim y Kranthi Mandadapu de la Universidad de California, Berkeley, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, ha arrojado luz sobre este misterio.
Los investigadores sugieren la existencia de un reordenamiento previamente desconocido entre los estados líquido y sólido. En la temperatura límite entre líquidos sobreenfriados y sólidos, las partículas estáticas permanecen excitadas, realizando pequeños «tirones» en su lugar.
Estados de la materia
Aunque estamos familiarizados con tres estados fundamentales de la materia: sólido, líquido y gas, la realidad es mucho más compleja. Por ejemplo, los átomos pueden calentarse tanto que sus cargas se separan para formar un plasma. En temperaturas extremadamente bajas, algunas partículas pierden su identidad y se fusionan en un desenfoque cuántico.
Los sólidos amorfos son una mezcla singular de sólidos bien estructurados y líquidos de enlace débil. A diferencia de los sólidos regulares que establecen conexiones predecibles con sus vecinos, los sólidos amorfos mantienen una disposición desordenada similar a la de un líquido.
En el caso del vidrio, sus elementos constituyentes, oxígeno y silicio, fluyen cuando se calientan. Si se enfrían lentamente, estas partículas se organizan en una estructura cristalina ordenada llamada cuarzo. Sin embargo, si el enfriamiento es rápido, las partículas conservan una disposición desordenada, convirtiéndose en un sólido amorfo.
El estudio
El equipo de investigadores empleó cálculos y simulaciones, en combinación con los resultados de experimentos previos, para entender mejor esta transición. Su exploración reveló que, en la temperatura en la que se inicia dicho proceso, las partículas exhiben una actividad especial que se encuentra en un punto intermedio entre sus estados líquido y sobreenfriado habituales.
A pesar de que el flujo general de átomos en un líquido sobreenfriado es prácticamente nulo, las partículas constantemente reconfiguran sus estructuras. Esto da lugar a movimientos conocidos como excitaciones.
Los hallazgos tendrían implicaciones significativas en nuestra comprensión de los estados de la materia y su comportamiento a nivel microscópico. El equipo está convencido de que su modelo puede ampliarse para abarcar la transición en tres dimensiones y proporcionar una base teórica para futuros trabajos experimentales.
«El objetivo es averiguar a nivel microscópico qué diferencia al líquido sobreenfriado de un líquido a alta temperatura», explica Mandadapu. «Desde una perspectiva científica, resulta fascinante explorar por qué estos líquidos sobreenfriados exhiben una dinámica notablemente distinta a la de los líquidos normales que conocemos».