La transizione di materiali amorfi non strutturati in materiali cristallini strutturati è generalmente indotta dal riscaldamento dei materiali al di sopra della loro temperatura di transizione. I materiali cristallini sono importanti nella tecnologia come dispositivi, quindi modi alternativi per controllare la loro formazione hanno attirato molto interesse da parte degli scienziati dei materiali. I ricercatori hanno scoperto che la cristallizzazione può essere facilitata a una temperatura inferiore rispetto alla tradizionale temperatura di transizione se un materiale amorfo viene agitato a una certa frequenza. Così, l'agitazione rappresenta una possibile alternativa alla temperatura per il controllo della cristallizzazione dei materiali.

Un team dell'Università di Osaka ha deciso di chiarire la relazione tra l'agitazione e la cristallizzazione dei solidi amorfi. Per aiutare la loro indagine, hanno usato un sistema colloidale (piccole particelle) per modellare i materiali atomici perché la dimensione delle particelle più grande e il tempo di rilassamento dei colloidi, rispetto a quelli degli atomi, facilitarne la misurazione.

"Abbiamo preparato vetri colloidali da sfere di silice in soluzione e poi li abbiamo fatti oscillare a frequenze diverse, ", spiega il primo autore Nobutomo Nakamura. "Abbiamo poi osservato la struttura risultante mediante microscopia confocale a scansione laser".

Il gruppo ha identificato una frequenza specifica alla quale è stata accelerata la cristallizzazione del loro sistema. Hanno determinato il grado di cristallizzazione nel sistema agitato a frequenze diverse misurando il parametro dell'ordine di orientamento del legame locale. Il valore di questo parametro è aumentato notevolmente, indicando un più alto grado di cristallizzazione, solo quando il sistema è stato agitato ad una frequenza di circa 75 Hz.

"I nostri risultati hanno indicato che esiste una modalità vibrazionale specifica che facilita la cristallizzazione del colloide, "dice Nakamura.

I ricercatori hanno quindi confermato che la frequenza con cui avviene la cristallizzazione cambia a seconda dell'interazione tra le particelle nel sistema. Hanno aggiunto un polimero al sistema per alterare la forza di interazione tra le particelle, che ha causato l'aumento della frequenza di cristallizzazione. Il team è stato in grado di spiegare le proprie scoperte mettendo in relazione la frequenza di cristallizzazione con la scala temporale del movimento vibrazionale delle particelle. Hanno proposto che l'agitazione del sistema a una frequenza che corrispondeva al movimento delle particelle che formano la struttura cristallina aiutasse il loro movimento collettivo e quindi accelerava la cristallizzazione.

Questi risultati rivelano che potrebbe essere possibile controllare la cristallizzazione dei sistemi amorfi mediante agitazione a una frequenza specifica piuttosto che riscaldando al di sopra della loro temperatura di transizione. Ciò può consentire la formazione di materiali cristallini a temperatura più bassa, che sarà utile nella produzione di dispositivi.