Descobreixen propietats sorprenents en un nou tipus de vidre

Els vidres són materials desordenats habitualment obtinguts a partir del líquid evitant la cristal·lització. Una característica sorprenent d'aquests materials és que, independentment de la seva naturalesa i composició exhibeixen una sèrie de propietats comunes, anomenades universals, en el rang de baixes temperatures. En concret, la calor específica ve descrita per un terme lineal amb la temperatura per sota d'1K, davant del comportament cúbic dels sòlids cristal·lins. Aquest excés s'atribueix a un procés de tuneleig quàntic entre dos estats configuracionals de similar energia però sense interacció directa. Aquest model, conegut pel nom de 'Two Level Systems oTLS', és àmpliament acceptat en l'actualitat, encara que té alguns detractors, com el premi Nobel de Física A.J. Legget, qui sosté que és molt improbable que sistemes no interactuants d'aquest tipus puguin donar lloc a propietats tan universals.
 
En una col·laboració entre els investigadors del Departament de Física de la UAB, Cristian Rodríguez Tinoco i Javier Rodríguez Viejo (UAB-MATGAS), i del Departament de Física de la Matèria Condensada de la UAM, Tomás Pérez Castañeda i Miguel Ángel Ramos, s'ha demostrat que un nou tipus de vidres ultraestables d'una molècula orgànica anomenada indometacina, no tenen sistemes de dos nivells, trencant la universalitat d'aquesta propietat. Alhora aquest treball dóna llum sobre l'origen microscòpic dels sistemes de dos nivells, en atribuir la seva absència a la menor interacció entre les molècules d'indometacina en el vidre ultraestable.
 
Cal destacar que els vidres ultraestables representen un dels desenvolupaments recents més nous i intrigants en la ciència dels materials vitris. Es tracta d'una nova família de vidres que posseeixen una estabilitat termodinàmica i cinètica molt superior als vidres convencionals, habitualment preparats a partir del líquid. Aquest tipus de vidres es prepara en forma de capa fina a partir de la fase vapor, i poden aconseguir-se en poques hores materials amb una estabilitat tan elevada que es requeririen milions d'anys a produir-los per les tècniques convencionals. D'aquí el nom d’ultraestables. Aquests vidres, descoberts el 2007 pel grup del professor Ediger de la Universitat de Madison, Wisconsinn, són en l'actualitat objecte d'una intensa activitat científica. Posseeixen propietats diferenciades d'altres vidres, com ara temperatures de transició vítria més elevades, menor absorció d'aigua, menor envelliment enfront de tractaments tèrmics, major densitat, propietats mecàniques millorades i una llarga llista que els fan potencialment interessants per a noves aplicacions. A més, s'especula que poden ser una peça clau per desentranyar alguns dels enigmes actuals de l'estat vitri, com la probable existència d'una transició de fase de primer ordre que queda emmascarada pel cessament sobtat del moviment traslacional de les molècules en disminuir la temperatura.
 
Article científic:
Suppression of tunneling two-level systems in ultrastable glasses of indomethacin
Tomás Pérez-Castañeda, Cristian Rodríguez-Tinoco, Javier Rodríguez-Viejo, and Miguel A. Ramos. PNAS 2014 ; published ahead of print July 7, 2014, doi:10.1073/pnas.1405545111