La danza degli atomi di vetro

Scrutare la fibra più profonda del vetro, cioè la sua struttura atomica, mettendola in moto come a mimare una “danza”, per capire in che modo questo materiale si deformi e passi dallo stato solido a quello liquido.
E’ quanto hanno fatto i ricercatori della Cornell University, negli Stati Uniti, e dell’Università di Ulm, in Germania. Lo studio è stato appena pubblicato su Science dagli stessi gruppi di ricerca che, in un lavoro poco precedente, per puro caso hanno creato un vetro da record, bidimensionale e spesso solo due atomi, ufficialmente registrato nei Guinness World Records del 2014 (vedi Galileo: Il vetro da record è spesso solo due atomi).

Il vetro usato dagli scienziati è molto comune (è uno dei più diffusi), è costituito da ossido di silicio, ed è impiegato in molte moderne tecnologie, quali dispositivi semiconduttori e fibre ottiche, ma la prima osservazione della sua struttura atomica è piuttosto recente. In generale, il vetro è uno dei pochi materiali cosiddetti amorfi, cioè in cui gli atomi non si dispongono in una struttura ordinata a lungo raggio, come invece avviene nei cristalli, i quali presentano un reticolo geometrico e regolare. Questo ‘disordine’ fa sì che nel vetro, a  differenza dei materiali cristallini, tra cui i diamanti e il sale da cucina, la disposizione e la dinamica degli atomi sia molto più difficile da osservare.

“Per vederla abbiamo utilizzato un’efficace combinazione di tecniche di microscopia elettronica”, spiega Pinshane Huang della Cornell University, primo nome del paper su Science. Servendosi di un fascio di elettroni, i ricercatori hanno eccitato i singoli atomi, catturando in tempo reale immagini dai colori molto accesi e video ad alta risoluzione dei loro movimenti del loro riarrangiamento. Nel video (lo trovate qui) questa dinamica assomiglia a una vera e propria danza, in cui gli atomi si muovono ritmicamente e a tempo con gli altri.
 
I ricercatori hanno così documentato in che modo il vetro si deforma e come si comporta quando cambia fase, cioè condizione, passando da solido a liquido. “Un  risultato importante, che potrebbe essere utilizzato per migliorare la costruzione di dispositivi basati sul vetro”, aggiunge Huang. Mentre la tecnica utilizzata per vedere attraverso il vetro potrebbe servire per indagare il comportamento di altri materiali amorfi.

Riferimenti: Science Doi:10.1126/science.1242248  

Credits immagine: Pinshane Huang, Jonathan Alden, David Muller, Simon Kurasch, Ute Kaiser