Investigadores dirigidos por la Universidad de Tokio emplearon un nuevo modelo informático para simular las redes de partículas portadoras de fuerza que dan a los sólidos amorfos su fuerza a pesar de que carecen de un orden de largo alcance. Este trabajo puede conducir a nuevos avances en vidrio de alta resistencia, que se puede utilizar para cocinar, industrial, y aplicaciones para teléfonos inteligentes.

Los sólidos amorfos como el vidrio, a pesar de ser frágiles y tener partículas constituyentes que no forman celosías ordenadas, pueden poseer una fuerza y ​​rigidez sorprendentes. Esto es aún más inesperado porque los sistemas amorfos también sufren grandes fluctuaciones anarmónicas. El secreto es una red interna de partículas portadoras de fuerza que abarcan todo el sólido, lo que le da fuerza al sistema. Esta ramificación La red dinámica actúa como un esqueleto que evita que el material ceda a la tensión a pesar de que constituye solo una pequeña fracción de las partículas totales. Sin embargo, esta red solo se forma después de una "transición de percolación" cuando el número de partículas portadoras de fuerza excede un umbral crítico. A medida que aumenta la densidad de estas partículas, la probabilidad de que una red de filtración que va de un extremo al otro aumente de cero a casi seguro.

Ahora, Los científicos del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han utilizado simulaciones por computadora para mostrar cuidadosamente la formación de estas redes de filtración a medida que un material amorfo se enfría por debajo de su temperatura de transición vítrea. En estos cálculos, Se modelaron mezclas de partículas binarias con potenciales repulsivos de rango finito. El equipo descubrió que la resistencia de los materiales amorfos es una propiedad emergente causada por la autoorganización de la arquitectura mecánica desordenada.

"A temperatura cero, un sistema atascado mostrará correlaciones de largo alcance en el estrés debido a su red de filtración interna. Esta simulación mostró que lo mismo ocurre con el vidrio incluso antes de que se haya enfriado por completo. "dice el primer autor Hua Tong.

La columna vertebral portadora de fuerza se puede identificar reconociendo que las partículas en esta red deben estar conectadas por al menos dos fuertes enlaces de fuerza. Al enfriarse, aumenta el número de partículas portadoras de fuerza, hasta que se vincule una red que abarque el sistema.

"Nuestros hallazgos pueden abrir un camino hacia una mejor comprensión de los sólidos amorfos desde una perspectiva mecánica, ", dice el autor principal Hajime Tanaka. Dado que es rígido, el vidrio duradero es muy apreciado para los teléfonos inteligentes, tabletas, y utensilios de cocina, el trabajo puede encontrar muchos usos prácticos.

El trabajo está publicado en Comunicaciones de la naturaleza como "Solidez emergente de materiales amorfos como consecuencia de la autoorganización mecánica".