Si el vidrio no es sólido o líquido, ¿qué es? Foto del usuario de Flickr -Kenzie-
Un vaso de merlot puede hacer que el mundo se vea rosado, pero también puede ser una fuente de frustración para un físico. El vino se derrama, salpica y remolina, pero el vaso permanece rígido como un recipiente sólido. Acércate al merlot y verás moléculas unidas juntas pero que se mueven sin una posición fija. Acércate a la copa de vino y también verás esta disposición desordenada, pero sin movimiento.
A nivel atómico, las dos formas de materia se ven iguales. A pesar de que un vidrio está congelado, carece de la estructura cristalina rígida que se encuentra en, por ejemplo, los cubitos de hielo.
Los científicos que estudian el vidrio observaron versiones distorsionadas de icosaedros (icosaedro a la izquierda, versión distorsionada a la derecha). Imagen vía Science / Chen and Kotani
Aunque los artesanos han estado fabricando vidrio durante milenios y los científicos han estado estudiando su estructura durante décadas, hasta ahora no ha habido evidencia experimental clara para confirmar qué impide que los líquidos que forman vidrios se cristalicen. En un nuevo artículo publicado en línea en Science, un equipo de investigadores japoneses utilizó un microscopio de difracción de electrones de alta potencia. para ver el vidrio en las escalas más pequeñas hasta ahora. Con una resolución tan alta, vieron lo que parece ser una unidad básica de algunos vasos: átomos empaquetados en una versión distorsionada de un icosaedro, una forma tridimensional con 20 caras.
Con herramientas geométricas sofisticadas, el equipo caracterizó esas distorsiones, informando en el documento que permiten que el sistema “retenga el empaque atómico denso y un estado de baja energía”. Ciertos arreglos de átomos, concluyen los investigadores, son la esencia misma de la cristalinidad porque interferir con el desarrollo de Un cristal bien organizado.
Múltiples vistas de imágenes microscópicas de átomos dentro del vidrio (derecha) permitieron a los investigadores diagramar el nivel de distorsión de los icosaedros específicos que organizaron los átomos (izquierda). Imagen vía Science / Chen and Kotani
Aunque los investigadores estaban estudiando un vidrio hecho de circonio y platino, no el cristal de una ventana promedio, los resultados pueden ser más amplios para los vidrios. Al comprender la forma en que se organizan los átomos, los científicos de materiales pueden encontrar formas de hacer nuevos anteojos y manipular los que tienen.
Pero el vidrio está lejos de ser descubierto. Mientras que el estudio explica por qué algunos líquidos forman vasos en lugar de cristalizar, no explica por qué estos líquidos pueden volverse lo suficientemente lentos como para ser sólidos, dice el químico de la Universidad de Duke Patrick Charbonneau. Una gran comunidad de científicos ha intentado resolver la lentitud desde la década de 1980 , pero no pueden ponerse de acuerdo sobre la solución e incluso discuten sobre el mejor enfoque.
Una estrategia popular da un paso atrás para tratar de entender cómo los átomos llenan un espacio dado. Trata los átomos en el vidrio como esferas duras juntas. Simple, verdad? "No hay mecánica cuántica, no hay teoría de cuerdas, no tienes que invocar el espacio exterior", dice Charbonneau. Y aun así, estudiar vidrio de esta manera ha resultado increíblemente difícil debido a las complicaciones que conlleva descubrir qué posiciones podrían ocupar tantas partículas. Además del desafío inherente de describir la disposición de las esferas, el enfoque es una simplificación y no está claro qué tan relevante sería para las gafas del mundo real.
Aún así, Charbonneau parece energizado cuando habla de tales problemas de investigación. Su vaso de merlot está medio lleno, porque cree que los últimos años han traído un progreso inmenso. Los científicos, dice, se han vuelto más creativos al hacer preguntas sobre el vidrio. La propia investigación de Charbonneau simula el vidrio en dimensiones superiores, hallazgos que podrían tener implicaciones importantes para el grado de desorden en el vidrio tridimensional. Otros investigadores están considerando lo que sucedería si inmovilizara algunas partículas en un líquido sobreenfriado, con la esperanza de iluminar cómo dichos líquidos alcanzan un estado vítreo. Aún más están considerando los átomos en el vidrio como entidades que pueden moverse por sí mismas, como células biológicas. Todos estos esfuerzos están tratando de determinar los tipos de interacciones que contribuyen a la formación de vidrio, para que los científicos reconozcan una teoría de la lentitud realmente buena cuando la vean.
A pesar de todo este discurso sobre el movimiento, no espere que su copa de vino fluya de manera visible en el corto plazo. Este vidrio "durará más que la escala de tiempo del universo", dice Charbonneau. Afirma que las vidrieras de las catedrales medievales son más gruesas en la parte inferior porque los flujos de vidrio son literas. Pero exactamente por qué no fluye sigue siendo un misterio.
