Un team di ricercatori guidati dall'Università di Tsukuba ha creato un nuovo modello teorico per comprendere la diffusione delle vibrazioni attraverso materiali disordinati, come il vetro. Hanno scoperto che all'aumentare del grado di disordine, le onde sonore viaggiavano sempre meno come particelle balistiche, e invece ha cominciato a diffondersi incoerentemente. Questo lavoro potrebbe portare a nuovi vetri resistenti al calore e agli urti per smartphone e tablet.

Comprendere i possibili modi vibrazionali in un materiale è importante per controllarne l'ottica, termico, e proprietà meccaniche. La propagazione delle vibrazioni sotto forma di suono di una sola frequenza attraverso materiali amorfi può avvenire in modo unificato, come se fosse una particella. Agli scienziati piace chiamare queste quasiparticelle "fononi". Però, questa approssimazione può crollare se il materiale è troppo disordinato, che limita la nostra capacità di prevedere la forza del vetro in un'ampia gamma di circostanze.

Ora, un team di scienziati guidati dall'Università di Tsukuba ha sviluppato un nuovo quadro teorico che spiega le vibrazioni osservate nel vetro con un miglior accordo con i dati sperimentali. Dimostrano che pensare alle vibrazioni come singoli fononi è giustificato solo nel limite delle lunghe lunghezze d'onda. Su scale di lunghezza inferiore, il disordine porta ad un aumento della dispersione e le onde sonore perdono coerenza. "Chiamiamo queste eccitazioni 'diffusioni, ' perché rappresentano la diffusione incoerente delle vibrazioni, opposto al moto diretto dei fononi, " spiega l'autore professor Tatsuya Mori. Infatti, le equazioni per le basse frequenze iniziano ad assomigliare a quelle per l'idrodinamica, che descrivono il comportamento dei fluidi. I ricercatori hanno confrontato le previsioni del modello con i dati ottenuti dal vetro sodocalcico e hanno dimostrato che si sono dimostrati un adattamento migliore rispetto alle equazioni precedentemente accettate.

"La nostra ricerca supporta l'idea che questo fenomeno non sia esclusivo dei fononi acustici, ma rappresenta piuttosto un fenomeno generale che può verificarsi con altri tipi di eccitazioni all'interno di materiali disordinati, " coautori Professor Alessio Zaccone, Università di Cambridge e il Professor Matteo Baggioli, Instituto de Fisica Teorica UAM-CSIC dire. Il lavoro futuro potrebbe comportare l'utilizzo degli effetti del disordine per migliorare la durata del vetro per i dispositivi intelligenti. L'opera è pubblicata in Il Giornale di Fisica Chimica come "Fisica dei fononi-polaritoni nei materiali amorfi" (DOI:10.1063/5.0033371).