Nel regno del disordine e dei sistemi amorfi, come i vetri a ossido utilizzati nelle tecnologie di visualizzazione e nella conservazione criogenica dei materiali biologici, esiste un corpo sostanziale di esplorazione scientifica e tecnologica contemporanea.
Una caratteristica distintiva dei materiali disordinati è la presenza di comportamenti dinamici complessi, noti come processi di rilassamento, che vanno dalle vibrazioni atomiche sulla scala temporale dei picosecondi ai processi di invecchiamento e densificazione che possono estendersi per migliaia di anni. Questi processi di rilassamento svolgono un ruolo fondamentale nel modellare le diverse proprietà dei materiali vetrosi.
Recenti ricerche nel campo della scienza del vetro hanno portato alla luce una varietà di fenomeni dinamici specifici all'interno dei materiali vetrosi, spingendo i ricercatori a cercare un principio unificante in grado di chiarire questi processi in un ampio spettro di materiali.
Hai-Bin Yu dell'Università cinese di Huazhong e Konrad Samwer dell'Università di Gottinga hanno riconosciuto l'assenza di un quadro teorico completo per comprendere la dissipazione del rilassamento nei sistemi disordinati. La loro ricerca è pubblicata sulla rivista National Science Review .
Accettando la sfida, hanno proposto una nuova prospettiva per affrontare questo problema. Mentre gli studi precedenti in genere approfondivano le dinamiche di rilassamento delle singole particelle all'interno di materiali vetrosi, Yu e Samwer hanno scelto di visualizzare il sistema nel suo insieme, concentrandosi sui modelli generali delle strutture inerenti.
Questo nuovo approccio fa luce sulle complesse sfide del settore. Abbracciando questo concetto, hanno introdotto un parametro di ordine globale, chiamato spostamento minimo della struttura intrinseca (IS Dmin ), per misurare la variabilità delle configurazioni utilizzando una metodologia di corrispondenza dei modelli.
Conducendo simulazioni atomiche su sette modelli di liquidi che formano il vetro, sono stati in grado di unificare gli impatti di temperatura, pressione e tempo di perturbazione sulla dissipazione del rilassamento attraverso una legge di scala che collega il fattore di smorzamento meccanico a IS Dmin . Hanno chiarito che questa legge di scala è un riflesso della curvatura del panorama energetico potenziale locale.
Di conseguenza, hanno identificato con successo un fondamento universale per il rilassamento vetroso, proponendo che la variabilità delle configurazioni, quantificata da IS Dmin determina in modo univoco lo smorzamento del rilassamento.
Questo lavoro non solo presenta un approccio innovativo allo studio dei sistemi disordinati, ma funge anche da ispirazione, mostrando il potenziale delle tecniche avanzate di pattern-matching come potenti strumenti per analizzare sistemi complessi.
Ulteriori informazioni: Hai-Bin Yu et al, Origine universale del rilassamento vetroso riconosciuto dalla corrispondenza dei modelli di configurazione, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae091
Fornito da Science China Press
