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Fusión de vidrio a casi el cero absoluto

Área: Física — miércoles, 16 de febrero de 2011

Un trabajo teórico predice que, según la Mecánica Cuántica, los vidrios podrían licuarse a temperaturas cercanas al cero absoluto.

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El lenguaje de la calle no suele describir apropiadamente todos los conceptos. O, más bien, la gente desinformada no suele entender ciertos conceptos. Si sabemos de lo que hablamos un vidrio no tienen por que ser necesariamente un material transparente. Sabremos que tampoco es un cristal (y mucho menos el de la ventana) y que un cristal tampoco tiene por qué ser transparente. De este modo, el sulfuro de hierro puede formar cristales de pirita que se parecen al oro y no son transparentes.
Un cristal es aquello que tiene una estructura cristalina, es decir, que los átomos o moléculas que lo forman están ordenados siguiendo unos determinados patrones. Además los grupos cristalográficos en los que pueden cristalizar las sustancias son fijos y forman un conjunto limitado.
Lo difícil es que las sustancias no formen cristales. Lo normal es que se formen cristales espontáneamente, aunque sean de tamaño pequeño. Aunque conseguir cristales de gran tamaño es complicado y muchas veces se tengan policristales en donde hay muchos granos con su propia cirtalización.
Un vidrio es básicamente un amorfo en el que los átomos que lo forman están distribuidos más o menos al azar. Se puede conseguir un amorfo enfriando rápidamente un líquido para que así a las moléculas no les dé tiempo ordenarse y/o añadiendo otras sustancia que entorpezcan ese objetivo.
El vidrio de toda la vida contiene sustancias que impiden que el dióxido de silicio forme cristales de cuarzo, además de fundentes y otros añadidos.
También se pueden hacer aleaciones amorfas si se enfría una aleación fundida muy rápidamente (y se añaden otras sustancias). De este modo una cinta o hilo de aleación metálica amorfa tiene aspecto metálico, pero su estructura molecular amorfa le confiere propiedades mecánicas y electromagnéticas especiales.
Resumiendo, podemos decir que un vidrio es un amorfo de apariencia sólida cuyos átomos están desordenados. En lenguaje vulgar se suele decir que un vidrio es un líquido “sobre-enfriado”, aunque este término no es muy correcto.
En todo caso, la intuición, la práctica y el sentido común nos dicen que un sólido (cristalino o amorfo) se funde si la temperatura es lo suficientemente alta.
Ahora, Eran Rabani, de la Universalidad de Tel Aviv, sostiene en un trabajo teórico que la Mecánica Cuántica permite que un vidrio de torne líquido cuando la temperatura caiga hasta cerca del cero absoluto. El trabajo fue inspirado por Philip W. Anderson que escribió que la comprensión de los vidrios clásicos era uno de los mayores problemas sin resolver en la Física de la Materia Condensada.
La Mecánica Cuántica se ha aplicado con profusión a la Física de la Materia Condensada y nuestro conocimiento de la electrónica moderna no sería tal sin esta rama de la Física. Aunque a veces los resultados de la Mecánica Cuántica (MC) pueden ser un poco contraintuitivos. Este efecto mecánico-cuántico por el cual un sólido amorfo se “licua” a ultrabaja temperatura parece pertenecer a esa clase de fenómenos, pues lo lógico sería pensar que es subiendo la temperatura como podemos conseguir que un sólido se funda.
Las aplicaciones prácticas de algo así serían muy limitadas ya que la temperatura a la que ocurriría el fenómeno sería muy baja, pero la investigación sobre este asunto podría abrir nuevos caminos a descubrimiento futuros.
Según la MC el comportamiento de las partículas pequeñas se asemeja al de una onda, y no se puede determinar exactamente la posición y cantidad de movimiento de dichas partículas, algo que viene descrito por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Basándose en este principio, Rabani y sus colaboradores han sido capaces de demostrar sobre el papel este extraño comportamiento de los vidrios. En palabras menos técnicas se podría decir que cerca del cero absoluto los átomos se comportarían más como ondas que como partículas y la MC les permitiría moverse más fácilmente. El resultado sería la desestabilización de la estructura amorfa y entonces el material fluiría.
De acuerdo a Rabani todo tiene que ver con cómo las moléculas del material se ordenan. En algún momento de la fase de enfriamiento el material forma un vidrio y entonces se hace líquido si se dan las condiciones adecuadas.
Hasta ahora no se habían explorado los vidrios cuánticos estructurales y Rabidi se preguntó si todavía quedaría lo distintivo del vidrio clásico cuando se mirase a nivel cuántico. El resultado fue que los vidrios cuánticos tienen una firma propia y única.
Este investigador espera que en un futuro se pueda comprobar esta predicción en algún laboratorio. Aunque es fácil obtener vidrio, hay poco laboratorios en donde se alcancen temperaturas tan bajas como para ver el efecto.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

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1 Comentario

  1. lluís:

    Aunque las aplicaciones prácticas no sean muy amplias, este tipo de estudios me parecen muy interesantes.De todos modos ahí está el teórico con su cerdo para buscar “trufas”,”trufas” meramente teóricas ,que el experimentalista quizá deba buscar,pidiendo prestado el cerdo “trufero” y a lo mejor acabe(el experimentalista,claro) encontrando oro.Alguna vez pasa.

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