Un equipo dirigido por la Universidad de Tokio desarrolló un nuevo método para comprender la organización estructural de colecciones desordenadas de discos blandos o esferas utilizando un nuevo enfoque:centrarse en las propiedades mecánicas locales que es fundamentalmente diferente de los enfoques anteriores de cristales ordenados y amorfos desordenados. sólidos. En particular, los investigadores enfocaron los empaques como resultado del fenómeno de "atasco, "en el que una sustancia que fluye libremente se obstruye repentinamente a medida que aumenta la densidad. El trabajo puede ayudar con el diseño de materiales industriales más eficientes que tienen menos probabilidades de descomponerse bajo carga externa.

Imagina que estás sentado en la playa jugando con los montones de arena. Pero cuando intentas decorar el castillo que acabas de construir, se sorprende al descubrir que solo una operación muy pequeña conduce a su colapso. En este caso, acaba de descubrir la "estabilidad marginal" de los sólidos amorfos, debido a lo cual el sistema pierde su estabilidad inesperadamente. Si bien los sólidos amorfos son de naturaleza ubicua y tienen amplias aplicaciones industriales, puede ser un problema grave para nuestra seguridad si se caen fuera de control. La organización estructural de sólidos amorfos, que conduce a una estabilidad marginal, es bastante complejo y aún no se comprende por completo. De hecho, la mayoría de los científicos pretenden comprender los sólidos amorfos utilizando los modelos establecidos de cristales ordenados, pero nunca se ha llegado a un consenso.

"A pesar de un estudio intensivo durante décadas, la descripción unificada de los sólidos amorfos aún no se ha establecido firmemente, "dice el primer autor, el Dr. Hua Tong.

Para el proyecto actual, los investigadores utilizaron simulaciones por computadora de discos blandos o esferas que pueden fluir a bajas densidades, pero se atascan cuando están lo suficientemente apretados. Su idea clave fue cambiar el enfoque de la geometría al aspecto mecánico o vibratorio de los sólidos amorfos. El equipo introdujo un nuevo parámetro de orden que llaman "vibrabilidad, "que controla cuánto vibran los átomos cuando se calientan infinitesimalmente desde la temperatura cero. A diferencia de los fonones, que son vibraciones colectivas en cristales, la vibrabilidad en un sólido amorfo depende del entorno local, y varía de un lugar a otro a lo largo de la muestra. Los investigadores demostraron que las ubicaciones de alta vibrabilidad corresponden a "puntos blandos" desordenados que son importantes para determinar dónde puede fallar el sistema bajo perturbaciones.

Los sólidos amorfos se pueden encontrar en una amplia variedad de formas, sin embargo, todos parecen compartir características importantes cuando se examinan. "Una observación importante de los empaques sólidos amorfos o atascados es que, si bien tienen diversas estructuras geométricas, exhiben características vibratorias bastante universales ", dice el autor principal, el profesor Hajime Tanaka." Los descubrimientos de las simulaciones por computadora son, por lo tanto, de fundamental importancia tanto para propósitos teóricos como de aplicación ".