Credito:Istituto di fisica di Leiden
La materia o è gas, liquido o solido in base a come le sue molecole rispondono alla temperatura e alla pressione. Ma cosa succede se gli elementi costitutivi sono particelle autofilettanti invece di molecole ordinarie? I fisici teorici hanno scoperto cosa determina la fase di quei materiali artificiali. La ricerca è stata segnalata in PNAS .
Quando l'acqua raggiunge i 100 °C, passa ad una fase gassosa, almeno a livello del mare. La rimozione della pressione dell'aria fa bollire l'acqua a temperature più basse. È chiaro che i materiali costituiti da molecole ordinarie assumono una fase dipendente dalla temperatura e dalla pressione. Il fisico teorico di Leida, il prof. Vincenzo Vitelli, si è chiesto cosa accadrebbe se i materiali avessero invece dimeri auto-rotanti come elementi costitutivi.
Simulazione
A tal fine, i primi autori Benny van Zuiden e Jayson Paulose hanno simulato dimeri auto-giranti in silico e hanno studiato come si organizzano. Applicando su di essi una pressione gradualmente crescente, hanno visto il sistema cambiare da uno stato ordinato a uno stato molto caotico.
La figura in basso (a sinistra) mostra uno stato splendidamente ordinato, con dimeri che formano ordinatamente un reticolo cristallino triangolare. Inoltre, l'orientamento relativo delle particelle vicine è bloccato mentre ruotano.
A destra, la concentrazione è così alta che il sistema si blocca in una fase vetrosa. Sorprendentemente, c'è una fase liquida in mezzo. Generalmente, una sostanza diventa più solida all'aumentare della sua densità. Qui, accade il contrario.
Credito:Istituto di fisica di Leiden
Liquido
Allora come può esserci uno stato liquido? A bassa densità, i dimeri hanno molto spazio per muoversi come desiderano e rimanere sincronizzati, come un gruppo di ballerini di scena. Quando il palco è troppo piccolo, i ballerini si incontreranno l'un l'altro e si muoveranno caoticamente, come particelle in un liquido. Però, se il palco diventa così piccolo che i ballerini non sono in grado di muoversi, si incastrano in una configurazione disordinata che ricorda un bicchiere.
