Uma equipe liderada pela Universidade de Tóquio desenvolveu um novo método para compreender a organização estrutural de coleções desordenadas de discos moles ou esferas usando uma nova abordagem:colocar um foco nas propriedades mecânicas locais que são fundamentalmente diferentes das abordagens anteriores de cristais ordenados e amorfos desordenados sólidos. Em particular, as embalagens focadas pelos pesquisadores resultaram do fenômeno de "interferência, "em que uma substância de fluxo livre fica obstruída repentinamente à medida que a densidade aumenta. O trabalho pode ajudar no projeto de materiais industriais mais eficientes que são menos propensos a quebrar sob carga externa.

Imagine que você está sentado na praia brincando com as pilhas de areia. Mas quando você tenta decorar o castelo que acabou de construir, você fica surpreso ao descobrir que apenas uma operação muito pequena leva ao seu colapso. Nesse caso, você acabou de descobrir a "estabilidade marginal" dos sólidos amorfos, devido ao qual o sistema perde sua estabilidade inesperadamente. Embora os sólidos amorfos sejam onipresentes na natureza e tenham amplas aplicações industriais, pode ser um problema sério para nossa segurança se eles se quebrarem e ficarem fora de controle. A organização estrutural de sólidos amorfos, o que leva à estabilidade marginal, é bastante complexo e ainda não completamente compreendido. Na verdade, a maioria dos cientistas pretende entender os sólidos amorfos usando os modelos estabelecidos de cristais ordenados, mas o consenso nunca foi alcançado.

"Apesar do estudo intensivo ao longo de décadas, a descrição unificada de sólidos amorfos ainda não foi firmemente estabelecida, "diz o primeiro autor, Dr. Hua Tong.

Para o projeto atual, os pesquisadores usaram simulações de computador de discos moles ou esferas que podem fluir em baixas densidades, mas ficam presos quando embalados com firmeza suficiente. Seu principal insight foi mudar o foco da geometria para o aspecto mecânico ou vibracional dos sólidos amorfos. A equipe introduziu um novo parâmetro de pedido que eles chamam de "vibrabilidade, "que controla o quanto os átomos vibram quando aquecidos infinitesimalmente a partir da temperatura zero. Fônons incomuns, que são vibrações coletivas em cristais, a vibrabilidade em um sólido amorfo depende do ambiente local, e varia de local para local em toda a amostra. Os pesquisadores mostraram que os locais de alta vibrabilidade correspondem a "pontos fracos" desordenados que são importantes para determinar onde o sistema pode falhar sob perturbações.

Sólidos amorfos podem ser encontrados em uma ampla variedade de formas, no entanto, todos parecem compartilhar características importantes quando examinados. "Uma observação importante de embalagens sólidas amorfas ou emperradas é que, embora tenham diversas estruturas geométricas, eles exibem características vibracionais bastante universais ", diz o autor sênior Prof. Hajime Tanaka." As descobertas de simulações de computador são, portanto, de importância fundamental para fins teóricos e de aplicação. "