p Um vidro é um material curioso entre os estados líquido e sólido da matéria, mas, eventualmente, o vidro sempre cede à sua propensão sólida, estabelecendo-se nos padrões ordenados de um cristal. Ou assim foi pensado. p Os pesquisadores da Universidade de Princeton desenvolveram um modelo computacional para criar um "vidro perfeito" que nunca cristaliza - mesmo no zero absoluto. Publicado em Nature Scientific Reports , o modelo é uma nova maneira de pensar sobre o vidro e detalha as propriedades extremamente incomuns de um vidro perfeito.

p "Nós sabemos que se você fizer algo frio o suficiente, ele vai se cristalizar, mas esta é uma situação extremamente exótica em que você evita completamente isso, "disse o autor correspondente Salvatore Torquato, um professor de química de Princeton e do Instituto de Ciência e Tecnologia de Materiais de Princeton.

p Os cientistas que pesquisam o vidro ficam intrigados com sua natureza há mais de um século. A configuração indisciplinada de suas moléculas sugere que ele deve fluir como um líquido, embora seja tão rígido e inflexível quanto um sólido. A transição do vidro, ou a temperatura quando os líquidos resfriados se transformam em um vidro, é outro mistério. Considerando que a transição de um líquido para um sólido é extremamente acentuada, a 0 graus Celsius na água, por exemplo, os vidros podem se formar em uma faixa de temperaturas e somente se os líquidos forem resfriados rapidamente o suficiente para evitar a cristalização.

p Ao desenvolver seu modelo, os pesquisadores decidiram determinar se poderia existir um vidro que pudesse evitar para sempre a cristalização. "Nosso modelo é uma possibilidade out-of-the-box, "Disse Torquato.

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p O modelo origina-se de duas áreas do grupo de pesquisa de Torquato que eram adequadas para um modelo de vidro perfeito. O laboratório se concentra em estados hiperuniformes exóticos da matéria, materiais para os quais os átomos aparecem localmente desordenados, mas exibem uma ordem de longo alcance global que surge em vários contextos, incluindo o olho de uma galinha. O outro é o empacotamento atolado ao máximo aleatório, uma maneira de organizar as partículas em um sistema de modo que ele tenha um alto grau de desordem e as partículas fiquem juntas, para sempre congelado no espaço.

p No modelo de vidro perfeito "os cristais são banidos, "Torquato disse." Eles nunca poderiam se formar pelo projeto das interações entre as partículas. "

p Para encontrar esses óculos perfeitos, o modelo dos pesquisadores considerado 2-, 3-, e interações de 4 corpos, que se referem às interações entre o número de partículas, enquanto os modelos anteriores consideravam apenas interações de 2 corpos, ou interações entre pares de partículas. Enquanto 2-, 3-, e as interações de 4 corpos são mais complicadas e ainda não foram vistas na natureza, a expansão para essas interações permitiu aos pesquisadores suprimir a cristalização onde outras haviam falhado.

p Além de sua capacidade definidora de resistir à cristalização, um vidro perfeito está imbuído de compressibilidade zero, o que significa que é impermeável a forças externas e também um excelente meio para a propagação do som. Na verdade, o som seria capaz de viajar através de um vidro perfeito na velocidade da luz, disse Ge Zhang, um estudante de pós-graduação no laboratório Torquato e autor principal do estudo.

p O modelo também oferece uma solução para um paradoxo que deixou os pesquisadores perplexos por décadas e foi definido pela primeira vez em Princeton em 1948 pelo falecido professor de química Walter Kauzmann. O paradoxo de Kauzmann considerou a "crise de entropia" que é provocada pelo super-resfriamento de um líquido formador de vidro além de uma certa temperatura.

p Entropia é uma medida de desordem, o que significa que um líquido de fluxo livre tem mais desordem, e, portanto, entropia, do que um cristal altamente estruturado. Mas à medida que o líquido é resfriado, a diferença de entropia entre o líquido e o cristal começa a diminuir. Se essa tendência ocorresse em temperaturas baixas o suficiente, Kauzmann proferiu, eventualmente, haveria uma temperatura agora conhecida como temperatura de Kauzmann, além da qual a entropia, ou desordem, do cristal, na verdade, torna-se maior do que o líquido super-resfriado - uma situação paradoxal.

p O modelo de vidro perfeito, Contudo, contorna esse paradoxo totalmente. Uma vez que o vidro não pode cristalizar, não há entropia cristalina com a qual comparar a entropia líquida, e, portanto, nenhum risco de entrar em crise de entropia.

p Normand Mousseau, professor de física da Universidade de Montreal, disse que os pesquisadores de Princeton adotaram uma abordagem atípica para responder a uma velha pergunta:"Em baixas temperaturas, a estrutura mais estável pode ser algo que seja um vidro? Isso pode existir no universo? "Embora o modelo deles não responda totalmente a essas perguntas, fornece mais informações, disse Mousseau, que está familiarizado com a pesquisa, mas não teve nenhum papel nela. "Ter uma nova maneira de olhar para este problema claramente nos ajuda a seguir em frente, " ele disse.

p Por enquanto, o modelo de vidro perfeito é uma prova teórica de conceito, embora um intrigante que desafia os entendimentos atuais do vidro. Sua criação real ainda está muito longe, embora Torquato sugira que os sistemas de polímero podem ser um bom lugar para procurar. Enquanto isso, ele disse, Ainda há muito a aprender sobre a teoria dos óculos perfeitos.