Uno scienziato dell'Institute for Molecular Science ha pubblicato uno studio che fornisce informazioni sullo sconcertante fenomeno del rallentamento dinamico nell'acqua superraffreddata, un passo essenziale verso la comprensione della transizione vetrosa nei liquidi.
Lo studio, “Unraveling the Dynamic Slowdown in Supercooled Water:The Role of Dynamic Disorder in Jump Motions”, esplora i meccanismi microscopici che governano il comportamento dinamico dell’acqua quando viene raffreddata al di sotto del punto di congelamento senza formare ghiaccio. Lo studio è pubblicato su The Journal of Chemical Physics .
Quando l’acqua è sottoraffreddata, mostra un significativo rallentamento dinamico senza apparenti cambiamenti strutturali. In questa ricerca, le dinamiche di salto delle molecole d'acqua, che sono processi elementari per cambiamenti strutturali, vengono studiate utilizzando simulazioni di dinamica molecolare. I risultati mostrano che queste dinamiche si discostano dalle statistiche di Poisson previste a causa del disordine dinamico al diminuire della temperatura.
Il disordine dinamico si riferisce alla competizione tra variabili lente e movimenti di salto delle molecole. Il ricercatore ha identificato lo spostamento del quarto atomo di ossigeno più vicino di una molecola che salta come la variabile lenta che compete con il movimento di salto a temperature più basse. Questo spostamento avviene in un ambiente fluttuante oltre il primo guscio di idratazione e influenza profondamente la dinamica del salto.
Man mano che la temperatura diminuisce, la dinamica delle molecole d’acqua diventa sempre più lenta e intermittente, poiché le molecole sono intrappolate all’interno di domini estesi, stabili e a bassa densità. Con un ulteriore raffreddamento, le interazioni tra le molecole diventano più cooperative, aumentando la complessità e la dimensionalità delle dinamiche di salto.
Questa ricerca approfondisce la nostra comprensione dell’acqua superraffreddata e fornisce una base per studi futuri sulla dinamica molecolare dei liquidi che si avvicinano alle transizioni vetrose. I processi di transizione vetrosa sono rilevanti in un'ampia gamma di applicazioni.
Pertanto, l'applicazione dei metodi sviluppati in questo studio fornirà informazioni su come il movimento lento di vari materiali può portare a transizioni vetrose. Inoltre, questo studio apre la strada alla ricerca futura per chiarire le complesse dinamiche in altri sistemi, come le proteine.
