Los científicos crean un nuevo estado de la materia llamado "vidrio líquido"

Imagen de microscopio electrónico de barrido de los coloides elipsoidales con - Crédito de la imagen: Universidad de Konstanz

Los investigadores han creado un estado novedoso de la materia utilizando suspensiones de coloides elipsoidales hechos a medida.

Por Faisal Khan / Ene 18, 2021

Traducido por L. Domenech

La ciencia es un tema interesante. Al igual que mi preferencia personal, se trata de un aprendizaje permanente. Los nuevos descubrimientos e invenciones mejoran su comprensión del complejo mundo que existe. La comprensión básica de la ciencia gira en torno a cuatro estados fundamentales de la materia: sólidos, líquidos, gases y plasma, donde cada estado de la materia también se caracteriza por transiciones de fase.

Luego vino la idea del "condensado de Bose-Einstein" (BEC) de Albert Einstein y Satyendra Nath Bose en 1924, que propuso en BEC que la materia deja de comportarse como partículas independientes y colapsa en un solo estado cuántico que se puede describir como una simple, onda de función uniforme. No fue hasta 1995 que los investigadores produjeron el primer condensado de este tipo de forma experimental, a temperaturas muy cercanas al cero absoluto, -273,15 ° C (-459,67 ° F).

Los investigadores han estado experimentando con este llamado quinto estado de la materia desde entonces. A fines del año pasado, escribí sobre cómo los científicos pudieron crear superconductores a partir de BEC, utilizando una nube de átomos de hierro y selenio. Un descubrimiento reciente ha demostrado que hay mucho más que aún no sabemos. Los científicos de la Universidad de Konstanz descubrieron un nuevo estado de la materia, el vidrio líquido, con elementos estructurales previamente desconocidos y propiedades inusuales.

“Esto es increíblemente interesante desde un punto de vista teórico. Nuestros experimentos proporcionan el tipo de evidencia de la interacción entre las fluctuaciones críticas y la detención cristalina que la comunidad científica ha estado buscando durante bastante tiempo ".

~ Matthias Fuchs, autor principal del estudio

Contrariamente a la sabiduría convencional, el vidrio se trata como un sólido, pero en la ciencia cotidiana, es todo menos eso. En realidad, es un sólido amorfo. Cuando se produce una transición de estado líquido a estado sólido, los átomos que fluyen libremente se transforman en una formación de cristales rígidos. Sin embargo, en el caso del vidrio, los átomos se “congelan” en su estado desordenado. Si bien nos referimos a esto como la sustancia que conocemos como vidrio de ventana, las propiedades que exhiben este comportamiento similar al vidrio se pueden ver en varios otros materiales como metales, plásticos, proteínas e incluso células biológicas.

Imagen de la posición y orientación de partículas elipsoidales en grupos de vidrio líquido - Crédito de la imagen: Grupos de investigación del profesor Andreas Zumbusch y el profesor Matthias Fuchs

Este reciente descubrimiento del "vidrio líquido" mostró que los átomos exhiben un comportamiento complejo que nunca antes se había visto en el vidrio a granel. Utilizando un sistema modelo que involucra suspensiones de coloides elipsoidales hechos a medida, el equipo descubrió que las partículas individuales pueden moverse pero no pueden rotar.

Las mezclas de suspensiones coloidales consistían en grandes partículas sólidas suspendidas en un fluido, lo que facilitaba a los científicos la observación del comportamiento físico de los átomos o moléculas. Las partículas sólidas tienen un tamaño de un micrómetro (una millonésima parte de un metro) o más, que son más grandes que los átomos o las moléculas y, por lo tanto, son adecuadas para la investigación con microscopía óptica.

Se usaron diferentes concentraciones de partículas en las suspensiones para rastrear tanto el movimiento de traslación como el de rotación de las partículas usando microscopía confocal. El experimento mostró que a concentraciones más altas, las partículas bloquearon la rotación entre sí, pero aún podían moverse, formando un estado de vidrio líquido.

Según el equipo, las observaciones se observaron en dos transiciones vítreas en competencia: una transformación de fase regular y una transformación de fase de no equilibrio, interactuando entre sí. Los resultados del estudio sugieren que podría haber una dinámica similar en otros sistemas de formación de vidrio. Esto no solo podría conducir al desarrollo de dispositivos de cristal líquido, sino que también podría ayudarnos a comprender el comportamiento de sistemas complejos, desde el nivel molecular hasta el cosmológico.

Complete Research se publicó en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

El artículo original de Faisal Khan se puede leer en inglés en Medium / Technicity