El potencial de una técnica de espectroscopía de rayos X para arrojar luz sobre los misteriosos fenómenos que ocurren cuando un líquido se acerca a un estado similar al vidrio ha sido demostrado por cuatro físicos de RIKEN.

Al enfriar, muchos líquidos experimentan un cambio brusco en sus puntos de congelación, rompiendo en sólidos cristalinos. El ejemplo más famoso es el agua, con un punto de congelación de 0 grados centígrados.

A diferencia de, muchos polímeros líquidos y otros materiales pasan por una transición más elegante conocida como transición vítrea. Los sólidos que forman tienen estructuras más cercanas al orden aleatorio de un líquido que la estructura ordenada de sólidos cristalinos como el hielo y los metales. El vidrio es un ejemplo clásico:es un sólido a temperatura ambiente pero sus moléculas están dispuestas de forma desordenada.

Hay muchas preguntas sin respuesta sobre la transición vítrea. "El fenómeno de la transición vítrea es uno de los mayores misterios de la física de la materia blanda, ", señala Taiki Hoshino del Centro RIKEN SPring-8. Algunos científicos incluso se preguntan si la transición vítrea es realmente una transición o si simplemente se ve como una".

Una clave que puede ayudar a desentrañar los misterios de la transición vítrea es el concepto de heterogeneidad dinámica:fluctuaciones en el espacio y el tiempo en el comportamiento dinámico local de las moléculas. "Muchos investigadores creen que la transición vítrea se puede explicar en términos de heterogeneidad dinámica, "dice Hoshino.

Ahora, Hoshino y tres colegas del Centro RIKEN SPring-8 han utilizado rayos X generados por sincrotrón para medir la heterogeneidad dinámica en un polímero líquido cerca de su temperatura de transición vítrea.

Durante las mediciones, el polímero se comprimió entre una varilla cilíndrica estacionaria y un sustrato móvil. El líquido más cercano al sustrato se movió más rápido que el líquido cerca de la varilla, resultando en un gradiente de velocidad a través del líquido. El equipo descubrió que la heterogeneidad dinámica disminuía a medida que aumentaba el gradiente de velocidad. Esto confirmó las predicciones de una simulación de dinámica molecular publicada hace más de 20 años.

Los investigadores utilizaron una técnica llamada espectroscopia de correlación de fotones de rayos X (XPCS). Debido a que las ondas de luz que forman un rayo láser se sincronizan entre sí, la luz láser dispersada por un objeto genera un patrón de motas en una pantalla. XPCS utiliza el patrón de moteado generado por rayos X para obtener información sobre una muestra. "Si los dispersores de la muestra se mueven, el patrón de dispersión cambia, "explica Hoshino." Estas fluctuaciones revelan información sobre el movimiento de los dispersores ".

Hoshino señala que XPCS no ha gozado de tanta popularidad entre los físicos de la materia blanda como otras técnicas, pero espera que este estudio convenza a otros de su potencial. "Nuestros resultados muestran que XPCS es una técnica poderosa para estudiar la transición vítrea, " él dice.