Crédito:Instituto de Física de Leiden
La materia es gas, líquido o sólido en función de cómo responden sus moléculas a la temperatura y la presión. Pero, ¿qué pasa si los componentes básicos son partículas que giran a sí mismas en lugar de moléculas ordinarias? Los físicos teóricos descubrieron qué determina la fase de esos materiales artificiales. La investigación se ha informado en PNAS .
Cuando el agua alcanza los 100 ° C, pasa a una fase gaseosa, al menos al nivel del mar. Eliminar la presión del aire hace que el agua hierva a temperaturas más frías. Está claro que los materiales compuestos por moléculas ordinarias toman una fase que depende de la temperatura y la presión. El físico teórico de Leiden, el profesor Vincenzo Vitelli, se preguntó qué pasaría si los materiales tuvieran dímeros auto-giratorios como bloques de construcción.
Simulación
Para tal fin, Los primeros autores Benny van Zuiden y Jayson Paulose simularon dímeros auto-giratorios in silico y estudiaron cómo se organizan. Aplicando una presión que aumenta gradualmente sobre ellos, vieron que el sistema cambiaba de un estado ordenado a un estado muy caótico.
La figura de abajo (izquierda) muestra un estado bellamente ordenado, con dímeros formando prolijamente una red cristalina triangular. Es más, la orientación relativa de las partículas cercanas se bloquea mientras giran.
A la derecha, la concentración es tan alta que el sistema queda atascado en una fase vítrea. Notablemente, hay una fase líquida en el medio. Generalmente, una sustancia se vuelve más sólida a medida que aumenta su densidad. Aquí, sucede lo contrario.
Crédito:Instituto de Física de Leiden
Líquido
Entonces, ¿cómo puede haber un estado líquido? Con baja densidad, los dímeros tienen mucho espacio para moverse como lo deseen y mantenerse sincronizados, como un grupo de bailarines de teatro. Cuando el escenario es demasiado pequeño, los bailarines chocarán entre sí y se moverán caóticamente, como partículas en un líquido. Sin embargo, si el escenario se vuelve tan pequeño que los bailarines no pueden moverse, se atascan en una configuración desordenada que recuerda a un vaso.
