Anisotropía con orden de largo alcance en un vidrio metálico
Cuando oímos la palabra «vidrio», la mayoría quizá pensamos en los vasos, los cristales de las ventanas y las pantallas de los teléfonos inteligentes. Sin embargo, este tipo de vidrio, compuesto en su mayor parte por dióxido de silicio, es solo la punta del iceberg en lo que respecta a la perspectiva que tienen los científicos de materiales sobre los vidrios. Por ejemplo, hay muchos tipos de vidrios metálicos, que son aleaciones metálicas desordenadas no cristalinas, como la mayoría de los metales. Gracias a sus propiedades mecánicas superiores, se han empleado en aplicaciones como el apantallamiento de naves espaciales, los implantes biomédicos y las cabezas de palos de golf. A pesar del uso generalizado y la utilidad de los vidrios, los científicos saben muy poco sobre su estructura y dinámica. En el proyecto GlassX, que contó con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA, por sus siglas en inglés) y que fue supervisado por Giulio Monaco, de la Universidad de Padua, se aprovechó una nueva fuente de rayos X para efectuar estudios exhaustivos de la estructura y la dinámica del vidrio con resolución nanométrica.
La transición vítrea: más de lo que se observa a simple vista
Los vidrios se forman durante el proceso de enfriamiento de una masa líquida, donde el flujo es la manifestación a granel de la reordenación microscópica continua de los átomos de la masa líquida. A medida que se enfría la masa líquida, el flujo se hace cada vez más lento, hasta que empieza a comportarse como un sólido. Este fenómeno se denomina «transición vítrea». Sin embargo, incluso en su forma sólida, el material no está en equilibrio. De hecho, la «solidez» aparente oculta una reorganización continua de átomos que se «relajan» hacia el estado de «cristal ideal», el estado de energía más baja, aunque durante periodos muy largos. Así pues, el vidrio es un estado de la materia fuera de equilibrio y con una estructura desordenada como un líquido. Al menos en teoría, hasta ahora.
Las revelaciones de la nanodifracción de rayos X de alta tecnología
En GlassX se empleó la fuente de haces de rayos X altamente focalizados y muy intensos de la EBS (Extremely Brilliant Source: fuente extremadamente brillante), de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrónica, para dilucidar la estructura y el comportamiento de vidrios metálicos. Peihao Sun, beneficiario de una beca de investigación individual MSCA en la Universidad de Padua, comenta: «El haz de rayos X altamente focalizado y mu intenso de la EBS posibilita estudiar la estructura de los materiales a una escala de 100 nm. Esto nos permitió obtener información inédita sobre los vidrios metálicos. Sorprendentemente, descubrimos que estos vidrios no están desordenados, ni siquiera a una escala de 100 nm. Son anisótropos, es decir, no son iguales cuando se observan desde distintos puntos; estas diferencias pueden abarcar más de 100 nm, lo que significa miles de capas de átomos».
Un estado potencialmente nuevo de los vidrios
Sun añade: «La observación directa de la anisotropía con orden de largo alcance en un vidrio metálico contradice nuestra idea establecida de que los vidrios son sistemas completamente desordenados. De hecho, la anisotropía en nuestra muestra desapareció tras calentarla otra vez y dejarla enfriar lentamente. Por lo tanto, el vidrio original parece haber estado en un estado diferente, posiblemente nuevo. De hecho, es probable que también tenga propiedades físicas diferentes, que aún hay que estudiar. Las propiedades de este vidrio anisótropo siguen sorprendiéndonos», concluye Sun. Los resultados de GlassX y los estudios posteriores de los investigadores podrían contribuir a aprovechar el potencial tecnológico de los nuevos vidrios en aplicaciones mejoradas ya existentes, así como en otras nuevas y pioneras.
Palabras clave
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