Galileo Giornale di scienza e problemi globali

Caos freddo

Il raffreddamento può aumentare lo stato di disordine di un sistema fisico. Per chiunque abbia in mente le molecole di una fase liquida che si dispongono in maniera ordinata a formare strutture solide cristalline quando sottoposte a basse temperature, questo può sembrare strano. Eppure R.H. Fink, insieme ai suoi collaboratori dell’Università di Würzburg, in Germania, ha dimostrato che per alcune molecole vale l’esatto contrario. Si tratta, come spiegato sulle pagine di Science, di un processo chiamato fusione inversa, in cui il raffreddamento determina la transizione da uno stato ordinato a uno disordinato.

Il processo è stato studiato finora solo in sistemi volumetrici e in condizioni di pressione elevata. In questo caso, invece, i ricercatori hanno preso in esame uno strato a due dimensioni (monolayer) di molecole di naftalene disposte su una superficie di argento a temperatura ambiente (300 kelvin) e in assenza di alta pressione. 

Utilizzando una tecnica di diffrazione di elettroni a bassa energia (High-resolution low-energy electron diffraction, LEED) in cui fasci di queste particelle vengono impiegati per conoscere la struttura cristallina del materiale), gli studiosi hanno determinato che l'unità strutturale minima dello strato di molecole si ripeteva secondo una determinata geometria. Dopo aver indotto il raffreddamento, fino a raggiungere una temperatura di 155 K, i ricercatori hanno invece osservato una fase di disordine in cui questa disposizione geometrica veniva perduta. Il ciclo era reversibile e poteva essere ripetuto numerose volte.

"I nostri dati indicano che, in seguito al raffreddamento, i legami molecolari all'interfaccia tra il monolayer e il substrato di argento diventano più forti - spiega Achim Schöll, coautore dello studio - e impediscono quindi alle molecole vicine di organizzarsi a formare strutture ordinate".  Inoltre, secondo i ricercatori, il calore assorbito dal sistema durante la successiva fase di riscaldamento può essere considerato come l'energia richiesta per rendere più deboli queste forti interazioni con il substrato. "Si osserva anche in questo caso un aumento di entropia, ovvero di disordine, ma solo in determinati punti e non in tutto lo strato. E' dunque questa la cosiddetta fase ‘di ordine’", conclude Schöll.

Riferimento: DOI: 10.1126/science.1189106

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