O potencial de uma técnica de espectroscopia de raios-X para lançar luz sobre os fenômenos misteriosos que ocorrem quando um líquido se aproxima de um estado de vidro foi demonstrado por quatro físicos RIKEN.

No resfriamento, muitos líquidos passam por uma mudança brusca em seus pontos de congelamento, quebrando em sólidos cristalinos. O exemplo mais famoso é a água, com um ponto de congelamento de 0 graus Celsius.

Em contraste, muitos polímeros líquidos e outros materiais passam por uma transição mais elegante, conhecida como transição vítrea. Os sólidos que eles formam têm estruturas mais próximas da ordem aleatória de um líquido do que a estrutura ordenada de sólidos cristalinos, como gelo e metais. O vidro é um exemplo clássico:é um sólido à temperatura ambiente, mas suas moléculas estão dispostas de forma desordenada.

Existem muitas perguntas sem resposta sobre a transição vítrea. "O fenômeno da transição vítrea é um dos maiores mistérios da física da matéria mole, "observa Taiki Hoshino do RIKEN SPring-8 Center." Alguns cientistas até questionam se a transição vítrea é realmente uma transição ou se apenas se parece com uma. "

Uma chave que pode ajudar a desvendar os mistérios sobre a transição vítrea é o conceito de heterogeneidade dinâmica - flutuações no espaço e no tempo no comportamento dinâmico local das moléculas. "Muitos pesquisadores acreditam que a transição vítrea pode ser explicada em termos de heterogeneidade dinâmica, "diz Hoshino.

Agora, Hoshino e três colegas do RIKEN SPring-8 Center usaram raios X gerados pelo síncrotron para medir a heterogeneidade dinâmica em um polímero líquido próximo à sua temperatura de transição vítrea.

Durante as medições, o polímero foi espremido entre uma haste cilíndrica estacionária e um substrato móvel. O líquido mais próximo do substrato se moveu mais rápido do que o líquido perto da haste, resultando em um gradiente de velocidade através do líquido. A equipe descobriu que a heterogeneidade dinâmica diminuiu conforme o gradiente de velocidade foi aumentado. Isso confirmou as previsões de uma simulação de dinâmica molecular publicada há mais de 20 anos.

Os pesquisadores usaram uma técnica chamada espectroscopia de correlação de fótons de raios-X (XPCS). Porque as ondas de luz que formam um feixe de laser atingem o pico e o vale em sincronia umas com as outras, a luz do laser espalhada de um objeto gera um padrão de manchas na tela. XPCS usa o padrão pontilhado gerado por raios X para obter informações sobre uma amostra. "Se os dispersores na amostra se moverem, o padrão de espalhamento muda, "explica Hoshino." Essas flutuações revelam informações sobre o movimento dos dispersores. "

Hoshino observa que XPCS não gozou de tanta popularidade entre os físicos da matéria mole quanto outras técnicas, mas ele espera que este estudo convença outros de seu potencial. "Nossos resultados mostram que XPCS é uma técnica poderosa para estudar a transição vítrea, " ele diz.