Uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Tsukuba criou um novo modelo teórico para entender a propagação de vibrações através de materiais desordenados, como o vidro. Eles descobriram que, à medida que o grau de desordem aumentava, as ondas sonoras viajam cada vez menos como partículas balísticas, e em vez disso começou a se difundir de forma incoerente. Este trabalho pode levar a novos vidros resistentes ao calor e a estilhaços para smartphones e tablets.

Compreender os modos vibracionais possíveis em um material é importante para controlar sua óptica, térmico, e propriedades mecânicas. A propagação de vibrações na forma de som de uma única frequência através de materiais amorfos pode ocorrer de forma unificada, como se fosse uma partícula. Os cientistas gostam de chamar essas quasipartículas de 'fônons'. Contudo, esta aproximação pode falhar se o material estiver muito desordenado, o que limita nossa capacidade de prever a resistência do vidro em uma ampla gama de circunstâncias.

Agora, uma equipe de cientistas liderada pela Universidade de Tsukuba desenvolveu um novo arcabouço teórico que explica as vibrações observadas no vidro com melhor concordância com dados experimentais. Eles demonstram que pensar em vibrações como fônons individuais só se justifica no limite de comprimentos de onda longos. Em escalas de comprimento mais curtas, a desordem leva ao aumento da dispersão e as ondas sonoras perdem coerência. "Chamamos essas excitações de difusão, 'porque eles representam a difusão incoerente de vibrações, em oposição ao movimento direcionado dos fônons, "explica o autor, o professor Tatsuya Mori. Na verdade, as equações para baixas frequências começam a se parecer com as da hidrodinâmica, que descrevem o comportamento dos fluidos. Os pesquisadores compararam as previsões do modelo com dados obtidos do vidro de cal sodada e mostraram que eles se mostraram um melhor ajuste em comparação com as equações aceitas anteriormente.

"Nossa pesquisa apóia a visão de que esse fenômeno não é exclusivo dos fônons acústicos, mas sim representa um fenômeno geral que pode ocorrer com outros tipos de excitações dentro de materiais desordenados, "co-autores Professor Alessio Zaccone, Universidade de Cambridge e o professor Matteo Baggioli, Instituto de Fisica Teorica UAM-CSIC dizer. Trabalhos futuros podem envolver a utilização dos efeitos da desordem para melhorar a durabilidade do vidro para dispositivos inteligentes. O trabalho é publicado em The Journal of Chemical Physics como "Physics of phonon-polaritons in amorphous materials" (DOI:10.1063 / 5.0033371).