Los materiales en estado vítreo están en todas partes de nuestras vidas y han contribuido a la humanidad durante muchos años. Hoy dia, desempeñan un papel fundamental en diversas tecnologías, incluidas las fibras ópticas. Aunque creemos que el vidrio es muy estable, a veces cristaliza, resultando en pérdida de transparencia e isotropía, características esenciales del vidrio, que ha sido un problema significativo en aplicaciones industriales. La razón por la que la cristalización ocurre en estado sólido sin casi ningún movimiento molecular ha sido un gran misterio. Su comprensión puede ayudar a prevenir u optimizar el crecimiento de cristales en un sobreenfriamiento profundo.

En un estudio publicado recientemente en Materiales de la naturaleza , investigadores del Instituto de Ciencias Industriales, La Universidad de Tokio, Universidad de Fudan, Universidad de Peking, y las instituciones colaboradoras han realizado estudios experimentales y computacionales sobre el crecimiento rápido de cristales en condiciones de sobreenfriamiento profundo. Su trabajo proporciona una visión crítica del mecanismo del rápido crecimiento de los cristales a temperaturas ultrabajas, contribuyendo a muchas aplicaciones tecnológicas mejorando la estabilidad del vidrio o produciendo cristales de alta calidad.

"El crecimiento de cristales en vasos es un complejo, problema de décadas. La forma en que las estructuras precursoras superan el desorden en la fase líquida para organizarse en cristales sigue siendo controvertida, "dice Peng Tan, coautor principal.

Una clave para el rápido crecimiento de cristales revelada por simulaciones y experimentos es que las interfaces sólido-líquido en los líquidos superenfriados son espesas y rugosas. La gran área de contacto entre las islas ordenadas y el líquido desordenado circundante ayuda a romper el desorden y facilita el rápido crecimiento de cristales.

"Otro resultado clave es que el estado desordenado es inherentemente inestable mecánicamente, que conduce a una reacción en cadena similar a un dominó de crecimiento de cristales, "explica Hajime Tanaka, coautor principal. "Esto se ve facilitado por la capacidad de las regiones del cristal recién formadas e imperfectamente ordenadas para reordenarse y, al hacerlo, evitar la acumulación de desorden".

¿Cómo pueden los investigadores utilizar este conocimiento? Se puede promover el crecimiento de cristales mejorando la capacidad de un líquido sobreenfriado para desarrollar estructuras precursoras y reorganizarse a partir del orden sub-optimizado. Tanaka, Broncearse, Xu, y sus compañeros de trabajo son optimistas de que los investigadores utilizarán estos conocimientos para descubrir qué materiales exhiben las propiedades necesarias para mejorar la estabilidad del vidrio o la formación de cristales de alta calidad. Con un mayor desarrollo, hay aplicaciones claras para vidrios ultraestables y cristales casi perfectos.