Il vetro liquido “può sembrare un nuovo lucidalabbra appariscente o un materiale decorativo liscio, ma in realtà è qualcosa di molto più sostanziale: da un punto di vista prettamente fisico, infatti, è un nuovo stato della materia che si aggiunge a solido, liquido e gassoso.
È difficile immaginare un mondo senza vetro, dato che si tratta di un componente chiave in svariati contesti, dalle pentole ai microscopi. Ma nonostante l’abbondanza di vetro in natura e la miriade di tecniche di fabbricazione del vetro sperimentate per millenni, ci sono ancora molte domande senza risposta sulle proprietà fondamentali di questo materiale versatile. Una delle caratteristiche che distingue il vetro da altre sostanze è che non forma ordinatamente strutture cristalline quando si indurisce in un solido. Invece, il vetro preserva le particelle in un mix disordinato di orientamenti a causa di processi che devono ancora essere completamente spiegati.
Venti anni dopo che era stata prevista per la prima volta l’esistenza del vetro liquido, gli scienziati hanno ora creato e osservato questa nuova forma di materia, una scoperta che aprirà nuove finestre sulle bizzarre proprietà del vetro.
Con l’aiuto di microscopi confocali, il team ha osservato il comportamento delle particelle all’interno di un solvente. Ad un certo limite di densità, le particelle asimmetriche smisero di ruotare, sebbene fossero ancora in grado di muoversi e raggrupparsi insieme. Curiosamente, l’ordine cristallino liquido globale è impedito dagli ammassi intrecciati e ramificati di particelle allineate”, ha continuato. “Si può sospettare che un comportamento di questo tipo sia al centro della transizione vetrosa in molti sistemi in cui la forma irregolare impedisce l’ordine cristallino.
Questa capacità di viaggiare, ma non di ruotare, è il segno distintivo di questo nuovo stato della materia del vetro liquido, che “dovrebbe avere anche implicazioni nella formazione dei cristalli liquidi”, secondo lo studio. Un team co-guidato da Matthias Fuchs e Andreas Zumbusch, professori universitari in Germania, è stato in grado di osservare “strutture fino ad ora sconosciute” che “conferiscono una visione della transizione vetrosa e rivelano uno stato aggiuntivo della materia“.
Gli scienziati usano spesso queste sostanze miste, note come “colloidi”, per far luce su fenomeni complicati all’interno dei materiali, come il vetro. I colloidi contengono molecole in diverse frasi di materia: ad esempio, marmellate e gelatine sono colloidi in cui particelle solide di frutta sono sospese in pectina gelatinosa e acqua liquida. “Quando abbiamo iniziato i nostri esperimenti, non avevamo in programma di trovare lo stato del vetro liquido”, ha detto Zumbusch in una e-mail. “Inizialmente, il nostro piano era di studiare il comportamento di piccole particelle di plastica (~ 1-10 micrometri di diametro) in un liquido”. Poiché le particelle all’interno dei colloidi sono visibili a microscopi specializzati, vengono utilizzate come sostituti dei processi atomici che potrebbero verificarsi all’interno di un materiale su scale molto più piccole.
“Nonostante gli intensi sforzi di ricerca nel corso di molti decenni, si sa ancora poco su cosa sta succedendo alla transizione vetrosa”, ha detto Zumbusch. “I sistemi dei colloidi in un liquido sono eccitanti, perché formano anche bicchieri. A differenza di altri sistemi, tuttavia, in questi possiamo guardare e analizzare direttamente il movimento di migliaia di singole particelle “.
Esperimenti passati con il vetro hanno utilizzato colloidi contenenti particelle solide sferiche, che non hanno alcun chiaro orientamento a causa della loro forma simmetrica. Fuchs, Zumbusch e i loro colleghi hanno modificato questa formula producendo particelle di plastica con forme ellissoidi che si allineano più strettamente con le molecole asimmetriche presenti in natura.
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