La transición de materiales amorfos no estructurados a materiales cristalinos estructurados generalmente se induce calentando materiales por encima de su temperatura de transición. Los materiales cristalinos son importantes en tecnología como dispositivos, por lo que las formas alternativas de controlar su formación han atraído mucho interés por parte de los científicos de materiales. Los investigadores han descubierto que la cristalización se puede facilitar a una temperatura más baja que la temperatura de transición tradicional si un material amorfo se agita a una cierta frecuencia. Por lo tanto, la agitación representa una posible alternativa a la temperatura para controlar la cristalización de materiales.

Un equipo de la Universidad de Osaka decidió aclarar la relación entre la agitación y la cristalización de sólidos amorfos. Para ayudar a su investigación, utilizaron un sistema coloidal (partículas pequeñas) para modelar materiales atómicos debido al mayor tamaño de partícula y el tiempo de relajación de los coloides, comparados con los de los átomos, Facilitar su medición.

"Preparamos vidrios coloidales a partir de esferas de sílice en solución y luego los hicimos oscilar a diferentes frecuencias, ", explica el primer autor Nobutomo Nakamura. Luego observamos la estructura resultante mediante microscopía de barrido láser confocal".

El grupo identificó una frecuencia específica a la que se aceleró la cristalización de su sistema. Determinaron el grado de cristalización en el sistema agitado a diferentes frecuencias midiendo su parámetro de orden de orientación de enlace local. El valor de este parámetro aumentó considerablemente, indicando un mayor grado de cristalización, solo cuando el sistema se agitó a una frecuencia de alrededor de 75 Hz.

"Nuestros resultados indicaron que existe un modo vibratorio específico que facilita la cristalización del coloide, "dice Nakamura.

Luego, los investigadores confirmaron que la frecuencia a la que ocurre la cristalización cambia dependiendo de la interacción entre las partículas en el sistema. Agregaron un polímero al sistema para alterar la fuerza de interacción entre las partículas, lo que hizo que aumentara la frecuencia de cristalización. El equipo pudo explicar sus hallazgos relacionando la frecuencia de cristalización con la escala de tiempo del movimiento vibratorio de las partículas. Propusieron que la agitación del sistema a una frecuencia que coincidía con el movimiento de las partículas que formaban una estructura cristalina ayudaba a su movimiento colectivo y, por lo tanto, aceleraba la cristalización.

Estos hallazgos revelan que puede ser posible controlar la cristalización de sistemas amorfos mediante agitación a una frecuencia específica en lugar de calentar por encima de su temperatura de transición. Esto puede permitir la formación de materiales cristalinos a una temperatura más baja, que será útil en la fabricación de dispositivos.