Investigadores de la Universidad de Tokio introdujeron un nuevo modelo físico que predice la dinámica de los materiales vítreos basándose únicamente en su grado local de orden estructural atómico. Usando simulaciones por computadora, demostraron cómo esta teoría mejora enormemente la comprensión de cómo los líquidos vidriosos se vuelven más viscosos al enfriarse. Este trabajo tiene muchas aplicaciones potenciales en la fabricación, especialmente para la producción de vidrio especial en material de laboratorio y dispositivos electrónicos con pantalla táctil.

El vidrio ha sido producido por la humanidad desde la antigüedad. Sin embargo, la física que controla el movimiento de los átomos en materiales vidriosos es increíblemente compleja y aún no se comprende por completo. En contraste con la mayoría de los sólidos cristalinos, en el que los átomos se organizan aproximadamente en grandes redes repetidas, Los vasos están hechos de configuraciones de átomos que no muestran un orden de largo alcance. Como sabe cualquiera que haya visto a un soplador de vidrio, a altas temperaturas, el vidrio fluye como un líquido. Esto significa que los átomos del interior tienen suficiente movilidad para deslizarse unos sobre otros. Sin embargo, a medida que el material se enfría, experimenta una "transición vítrea" en la que los átomos se mueven cada vez más lentamente hasta que se bloquean en un estado desordenado de "líquido congelado". Es decir, habrían sido más estables en una configuración cristalina, pero no pueden superar la barrera para llegar allí. Los expertos a menudo describen la dinámica del vidrio como el uso de su "tiempo de relajación estructural, "que representa la rapidez con la que los átomos se acercan al estado estable.

Ahora, Los científicos de la Universidad de Tokio han utilizado simulaciones por computadora para definir el "parámetro de orden estructural, "que depende solo de la configuración local de un átomo y sus vecinos inmediatos. Este valor proporciona una medida de la desviación del empaquetamiento más eficiente de los átomos circundantes. Basado solo en el parámetro de orden estructural, los investigadores pudieron predecir el tiempo de relajación estructural. "Dado que la relajación aparentemente se ve afectada por muchos factores físicos, nos sorprendió gratamente que pudiéramos describirlo basándonos únicamente en el orden estructural, "dice el primer autor Hua Tong.

Al realizar extensas simulaciones por computadora, pudieron confirmar la relación entre el ordenamiento local y la dinámica general. Esta es una característica única del vidrio que generalmente no se ve en los sólidos cristalinos. "Nuestra investigación proporciona un marco físico para comprender cómo aumenta el tamaño de la correlación entre ubicaciones, tal que la dinámica a nivel atómico comience a tener cooperatividad en una región extendida, "explica el autor principal Hajime Tanaka. Los hallazgos de este proyecto pueden ayudar a diseñar nuevos procesos para la fabricación de vidrio más resistente y duradero. Los hallazgos de este proyecto pueden ayudar a diseñar nuevos procesos para la fabricación de vidrio más resistente y duradero.

El trabajo está publicado en Comunicaciones de la naturaleza como "El orden estructural como un parámetro de control genuino de la dinámica en formadores de vidrio simples".