El vidrio es un material aparentemente simple, transparente y duro, pero en realidad es muy complejo e intrigante. El proceso por el cual el vidrio pasa de líquido a vidrio se conoce como "transición vítrea" y se caracteriza por una importante desaceleración de la dinámica del vidrio, lo que le confiere sus propiedades distintivas.Esta transición ha sido objeto de curiosidad científica durante años. Un punto particularmente interesante en este proceso es el surgimiento de una "heterogeneidad dinámica". A medida que un líquido se enfría y se acerca a su temperatura de transición vítrea, su dinámica se vuelve más coherente y discontinua.
En un nuevo estudio, los investigadores proponen un nuevo marco teórico para explicar estas heterogeneidades dinámicas en los líquidos formadores de vidrio. Este punto de vista sostiene que la relajación en estos líquidos se produce mediante reordenamientos locales, que a su vez se influyen entre sí mediante interacciones elásticas. La relajación es un término de física que se refiere al proceso de regresar gradualmente de un determinado estado a un estado de equilibrio en un determinado proceso físico gradual. Al estudiar la interacción entre reordenamientos locales, interacciones elásticas y fluctuaciones térmicas, los investigadores desarrollaron una teoría integral de la dinámica colectiva de estos sistemas complejos.
La investigación fue realizada por el profesor Matthieu Wyart de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en colaboración con colegas del Instituto Max Planck de Dresde, la Academia Nacional de Ciencias de Francia, la Universidad de Grenoble Alpes y el Centro de Biología de Sistemas de Dresde. Los resultados de la investigación ahora se han publicado en Physical Review X.
El equipo de investigación propuso una "teoría de escala" para explicar el aumento observado en la longitud de la correlación dinámica en líquidos vítreos. Esta longitud de correlación está relacionada con el "colapso térmico", un evento poco común inducido por fluctuaciones térmicas que posteriormente desencadena un estallido cinético más rápido.
El marco teórico del estudio también proporciona información sobre la descomposición de Stoke-Einstein, un fenómeno en el que la viscosidad del líquido desacopla la difusión de partículas.
Para verificar sus predicciones teóricas, los investigadores realizaron extensas simulaciones numéricas en diversas condiciones. Estas simulaciones confirmaron la precisión de su teoría de escala y su capacidad para describir la dinámica observada de los líquidos vítreos.
Esta investigación no sólo profundiza nuestra comprensión de la dinámica del vidrio, sino que también sugiere una nueva forma de abordar las propiedades de otros sistemas complejos, incluida la actividad cerebral o el deslizamiento entre objetos en fricción.
"Nuestro trabajo vincula el crecimiento de las longitudes de correlación dinámica en líquidos con la relajación de tipo colapso, que está bien estudiada en imanes desordenados, materiales granulares y terremotos", dice Matthieu Wyart. "Por lo tanto, este enfoque crea puentes inesperados entre otros campos. Por lo tanto, nuestra descripción de cómo el colapso se ve afectado por fluctuaciones extrínsecas, incluidas las fluctuaciones térmicas, puede tener implicaciones más amplias".