Un team dell'Università di Tokyo ha descritto con dettagli senza precedenti il ​​raro fenomeno delle transizioni di fase liquido-liquido in una sostanza pura. Mostrando come un liquido composto da un solo tipo di molecola può passare dallo stato liquido a quello vetroso, questa ricerca può portare a un nuovo modo per controllare le proprietà di trasporto di un liquido.

Le transizioni di fase includono fenomeni come lo scioglimento del ghiaccio (da solido a liquido), o vapore proveniente da un bollitore (da liquido a gas). Però, lo studio di come una disposizione di molecole si trasforma in un'altra rivela dettagli complessi sulla forza delle loro interazioni. Nelle transizioni di fase convenzionali, come con una barra di ferro che si fonde in metallo fuso, il calore aggiunto fa vibrare gli atomi in modo così violento che si liberano dalla loro disposizione reticolare solida e assumono una forma liquida. Il team dell'Università di Tokyo ha studiato un tipo molto più raro di transizione di fase:da uno stato liquido a un altro. In questa ricerca, hanno scoperto che anche senza cambiare temperatura, Il trifenilfosfito a flusso relativamente libero potrebbe gradualmente vetrificare in uno stato vetroso in cui le molecole rimangono disordinate ma sono molto meno mobili. Le diverse fasi erano identificabili sperimentalmente in base alla velocità con cui le molecole potevano rilassarsi dopo essere state perturbate.

"Contrariamente all'intuizione, c'è un numero crescente di prove sperimentali e teoriche che anche una sostanza monocomponente può avere più stati liquidi, " dice l'autore principale Hajime Tanaka. Hanno scoperto che la transizione di fase può avvenire in due modi molto diversi. Il primo è chiamato "nucleazione e crescita, " un processo lento che richiede l'emergere di una fase nell'altra superando una barriera per iniziare. L'altro tipo è la decomposizione spinodale, in cui la transizione può procedere agevolmente senza alcuna barriera. I ricercatori hanno anche scoperto una temperatura critica, al di sopra del quale potrebbe verificarsi solo la crescita nucleata, ma al di sotto di questa temperatura, possibile la decomposizione spinodale.

"Dal punto di vista della praticità, il trifenil fosfito può essere uno dei migliori sistemi per studiare le transizioni liquido-liquido, poiché la trasformazione avviene a pressione ambiente e temperature moderate, " dice il primo autore Ken-ichiro Murata. "Transizioni di fase, in particolare quelli che comportano un passaggio da uno stato liquido a uno stato vetroso, sono spesso utilizzati nella produzione di polimeri. Questa ricerca può migliorare notevolmente la nostra capacità di ottimizzare e controllare questi processi".

Lo studio è pubblicato su PNAS .