Pesquisadores da Universidade de Tóquio introduziram um novo modelo físico que prevê a dinâmica de materiais vítreos com base unicamente em seu grau local de ordem estrutural atômica. Usando simulações de computador, eles mostraram como essa teoria melhora muito a compreensão de como os líquidos vítreos se tornam mais viscosos com o resfriamento. Este trabalho tem muitas aplicações potenciais na fabricação, especialmente para a produção de vidro especial em materiais de laboratório e dispositivos eletrônicos com tela sensível ao toque.

O vidro é produzido pela humanidade desde a antiguidade. Contudo, a física que controla o movimento dos átomos em materiais vítreos é incrivelmente complexa e ainda não completamente compreendida. Em contraste com a maioria dos sólidos cristalinos, em que os átomos se organizam aproximadamente em grandes redes repetitivas, os vidros são feitos de configurações de átomos que não apresentam ordem de longo alcance. Como qualquer pessoa que já assistiu a um soprador de vidro sabe, em altas temperaturas, o vidro flui como um líquido. Isso significa que os átomos internos têm mobilidade suficiente para passarem uns pelos outros. Contudo, conforme o material esfria, ele experimenta uma "transição vítrea" na qual os átomos se movem cada vez mais devagar até ficarem presos em um estado desordenado de "líquido congelado". Isso é, eles teriam sido mais estáveis ​​em uma configuração cristalina, mas eles não podem superar a barreira para chegar lá. Os especialistas costumam descrever a dinâmica do vidro usando seu "tempo de relaxamento estrutural, "que representa a rapidez com que os átomos se aproximam do estado estável.

Agora, cientistas da Universidade de Tóquio usaram simulações de computador para definir o "parâmetro de ordem estrutural, "que depende apenas da configuração local de um átomo e de seus vizinhos imediatos. Este valor fornece uma medida do desvio do empacotamento mais eficiente dos átomos circundantes. Com base apenas no parâmetro de ordem estrutural, os pesquisadores foram capazes de prever o tempo de relaxamento estrutural. "Uma vez que o relaxamento é aparentemente afetado por muitos fatores físicos, ficamos agradavelmente surpresos que fomos capazes de descrevê-lo com base apenas na ordem estrutural, "diz o primeiro autor Hua Tong.

Ao realizar extensas simulações de computador, eles foram capazes de confirmar a relação entre a ordenação local e a dinâmica geral. Esta é uma característica única do vidro que geralmente não é vista em sólidos cristalinos. "Nossa pesquisa fornece uma estrutura física para entender como a correlação entre os locais cresce em tamanho, de forma que a dinâmica no nível atômico comece a ter cooperatividade em uma região estendida, "explica o autor sênior Hajime Tanaka. As descobertas deste projeto podem ajudar a projetar novos processos para a fabricação de vidro mais resistente e durável. As descobertas deste projeto podem ajudar a projetar novos processos para a fabricação de vidro mais resistente e durável.

O trabalho é publicado em Nature Communications como "A ordem estrutural como um parâmetro de controle genuíno da dinâmica em formadores de vidro simples."