Il vetro? Eppur si muove

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I vetri non sono sistemi totalmente ‘congelati’, cioè immobili: a dimostrarlo un esperimento dell’Imem-Cnr, che ha eseguito osservazioni auna risoluzione spaziale prossima alla scala atomica, registrando un moto veloce, da qualche decina di secondi a qualche decina di minuti. Lo studio, pubblicato su Nature Communication, è in collaborazione con Sincrotrone Esrf e diverse Università italiane ed europee

Uno studio condotto da un team internazionale di ricercatori e coordinato dall’Istituto dei materiali per l’elettronica e il magnetismo del Consiglio nazionale delle ricerche (Imem-Cnr) di Parma e dal Sincrotrone europeo Esrf di Grenoble ha mostrato che a livello atomico il vetro si ‘muove’, anche a temperatura ambiente. Lo studio, pubblicato sulla rivista ‘Nature Communication‘, è il risultato di una collaborazione che include anche le Università di Parma, Perugia, Trento, Montpellier in Francia e Friburgo in Svizzera.

L’osservazione è particolarmente sorprendente ed è stata ottenuta su un comune vetro silicato con una tecnica spettroscopica sofisticata, che permette di osservare il movimento collettivo degli atomi su scale di lunghezza molto piccole, anche inferiori al nanometro (un miliardesimo di millimetro), fino alla distanza interatomica”, spiega Giacomo Baldi dell’Imem-Cnr. “Anche a temperature alle quali si ritiene che il vetro sia completamente immobile o ‘congelato’, poiché il moto degli atomi o rilassamento strutturale diviene tanto lento da risultare sostanzialmente infinito rispetto al tempo di osservazione, si registra invece un moto veloce che però coinvolge solo piccoli gruppi di atomi”.

L’analisi, compiuta per mezzo di una tecnica chiamata ‘spettroscopia di foto-correlazione di raggi X’, che sfrutta radiazione di sincrotrone (XPCS: X-ray photo correlation spectroscopy), mostra che “il rilassamento strutturale osservato con una risoluzione spaziale prossima alla scala atomica è inaspettatamente molto più veloce di quello su scala macroscopica, con tempi da qualche decina di secondi a qualche decina di minuti”, continua Baldi. “Per rilassamento strutturale si intende il processo che porta il sistema ad adattare la propria forma ad una sollecitazione esterna. Il sistema cerca configurazioni più stabili, cioè con energia più bassa, tipicamente quelle più compatte. Questa evoluzione nel tempo è normalmente accompagnata da un processo di ‘invecchiamento’ (physical aging), legato al fatto che si sta osservando il sistema per un tempo più corto rispetto a quello richiesto al sistema stesso per cambiare forma”.

Tali osservazioni su scale spaziali molto piccole sono sorprendenti anche perché, “oltre ad osservare un tempo di rilassamento insolitamente corto, non abbiamo rilevato nessuna evidenza di invecchiamento, nemmeno a temperature prossime a quelle a cui avviene la transizione vetrosa”, conclude il ricercatore. “Queste osservazioni sperimentali aprono la strada a nuovi esperimenti su altri vetri e richiedono lo sviluppo di nuove teorie microscopiche che ne permettano una migliore interpretazione”.

Immagine: ‘Pattern di speckles e la relativa curva di rilassamento derivanti dal moto atomico nel vetro silicato sondato con luce di sincrotrone‘.

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