A transição vítrea é um grande desafio na física da matéria condensada e ainda revela surpresas, apesar de décadas de intensa pesquisa. Por exemplo, até agora pensava-se que a difusão em líquidos vítreos era qualitativamente semelhante à dos líquidos convencionais "quentes", pelo menos por longos períodos de observação. Nova pesquisa publicada em Cartas de Revisão Física demonstra que esse não é o caso:a difusão de longa duração em líquidos vítreos é de fato "Fickiana, mas não gaussiana" (FnGD), uma característica intrigante previamente descoberta em fluidos complexos e biológicos. Em desacordo com esses sistemas, no entanto, o FnGD em líquidos vítreos torna-se dramático ao se aproximar da transição vítrea e parece ser caracterizado por leis de escala universais. O estudo, combinando experimentos e simulações, foi realizado por Francesco Rusciano (estudante de doutorado), Raffaele Pastore e Francesco Greco no grupo de Mecânica Estatística de Materiais Macios da Universidade de Nápoles Federico II.
A questão da transição vítrea

Após décadas de esforços experimentais e teóricos de uma ampla comunidade científica, a transição vítrea continua sendo uma grande questão em aberto nos campos de matéria condensada e sistemas complexos, como mostra o Prêmio Nobel recentemente concedido a Giorgio Parisi, um dos principais Este tópico. Mas o que é um copo? Resumidamente, quando um líquido molecular é resfriado rapidamente abaixo de sua temperatura de fusão, a cristalização pode ser evitada. Nesse estado, no entanto, mesmo quedas de temperatura modestas fazem a viscosidade aumentar em ordens de magnitude e, eventualmente, levar ao "vidro", um material que é mecanicamente sólido, mas mantendo a estrutura microscópica desordenada típica de um líquido. Assim, a transição vítrea desafia uma suposição fundamental na matéria condensada, a saber, que a estrutura microscópica e a resposta mecânica de um material estão intimamente relacionadas. Curiosamente, verificou-se que a transição vítrea não é uma prerrogativa apenas de líquidos moleculares, mas também ocorre em outros sistemas, como suspensões coloidais de concentração crescente. Embora o desenvolvimento de uma teoria abrangente para a vitrificação ainda seja uma questão de debate ativo, agora está claro que um papel importante é desempenhado pela presença de heterogeneidade dinâmica, ou seja, a coexistência duradoura de aglomerados de rápido e lento. partículas em movimento. Os líquidos vítreos são, de fato, considerados um modelo paradigmático de heterogeneidade dinâmica.

Difusão Fickiana não Gaussiana

Embora a transição vítrea seja um problema de longa data, o FnGD é muito mais recente. A difusão de partículas em líquidos convencionais e em muitos outros sistemas é caracterizada por um deslocamento quadrado médio da partícula (MSD) aumentando linearmente no tempo (Fickiano) e por uma distribuição de deslocamento gaussiana, como previsto pelo célebre trabalho de Einstein sobre o movimento browniano e sua interpretação em termos de Caminhada aleatória. No entanto, em alguns sistemas, como redes de fibra ou materiais porosos, a difusão é considerada não-Fickiana e não-Gaussiana e, portanto, é denominada "difusão anômala". Devido a essas observações, os comportamentos Fickianos e Gaussianos foram pensados ​​para ocorrerem juntos ou não ocorrerem.

Essa expectativa comum foi quebrada em 2009 por experimentos inovadores no grupo de Granick (Universidade de Urbana, Illinois), revelando a existência de um novo tipo de difusão, sendo simultaneamente Fickiana, mas não Gaussiana. Desde sua descoberta em fluidos biológicos, o FnGD foi encontrado em uma ampla variedade de sistemas de matéria mole, mas sua compreensão ainda permanece indefinida. No entanto, o surgimento de FnGD está genericamente associado a alguma heterogeneidade estrutural ou dinâmica do ambiente onde as partículas se movem.

Difusão fickiana não gaussiana em líquidos vítreos

A concomitância generalizada de heterogeneidade e FnGD motivou os pesquisadores da Universidade de Nápoles Federico II a procurar a possível ocorrência de FnGD em líquidos formadores de vidro, o epítome da heterogeneidade dinâmica, baseando-se em experimentos em suspensões coloidais e simulações de líquidos moleculares. O estudo demonstra que o FnGD não está apenas presente em líquidos vítreos, mas também se torna muito marcante e duradouro ao se aproximar da transição vítrea. O estudo também mostra que as leis de potência universais capturam a relação entre as escalas de tempo para o início da Fickianidade e para a restauração da Gaussianidade, bem como a dependência temporal das caudas exponenciais das distribuições de deslocamento.

No geral, essas descobertas abrem caminho para uma fertilização cruzada de ideias entre as duas questões de FnGD e transição vítrea. Por um lado, o FnGD é a chave para entender a difusão de longa duração em líquidos vítreos e revisitar conceitos bem estabelecidos, como o de heterogeneidade dinâmica. Por outro lado, a forte assinatura de FnGD encontrada apenas em líquidos vítreos pode representar uma referência para futuros estudos de FnGD em outros sistemas. + Explorar mais

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