Trento, la scoperta: le vibrazioni atomiche nei vetri ultra-stabili restano invariabili

Una ricerca dell’Università di Trento svela nuovi aspetti sulla stabilità dei vetri

Un importante passo avanti nel campo della fisica dei materiali è stato compiuto grazie a una scoperta che riguarda i vetri ultra-stabili, materiali dalle straordinarie proprietà termiche. Un team di ricercatori del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento, in collaborazione con l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) di Grenoble e altri centri di ricerca europei, ha condotto uno studio che svela un mistero che perdurava da tempo: le vibrazioni atomiche in questi vetri, pur essendo termicamente simili ai cristalli, rimangono pressoché inalterate rispetto a un vetro tradizionale.

La ricerca, pubblicata su Physical Review X, è stata guidata da Irene Festi, dottoranda presso l'Università di Trento, e coordinata da Giacomo Baldi, professore di Fisica sperimentale della materia. Il gruppo di lavoro ha utilizzato tecniche innovative, tra cui un avanzato spettrografo a raggi X, per analizzare la struttura atomica di questi materiali.

Un enigma scientifico svelato I vetri ultra-stabili sono una tipologia di vetro prodotto attraverso un processo in cui molecole organiche vengono depositate una ad una su una superficie a temperatura controllata. Questo processo li rende più densi, stabili e, dal punto di vista termico, simili ai cristalli. A bassa temperatura, mentre i cristalli presentano vibrazioni regolari, nei vetri si osservano anche piccoli “salti” atomici che causano riassestamenti.

La domanda centrale dello studio riguardava la stabilità di queste vibrazioni nei vetri ultra-stabili. Si pensava che, con l’eliminazione dei difetti, le vibrazioni a bassa frequenza potessero essere modificate. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che, nonostante le differenze termiche, le vibrazioni di base tra i due materiali restano praticamente le stesse, confutando teorie precedenti.

La ricerca all'avanguardia

Per arrivare a questa conclusione, i ricercatori hanno sfruttato il sincrotrone di Grenoble, uno degli acceleratori di particelle più avanzati al mondo. Questo strumento ha permesso di misurare le vibrazioni atomiche in modo estremamente preciso, arrivando a frequenze molto basse, con una risoluzione dieci volte superiore rispetto ai metodi precedenti.

I risultati hanno rivelato che, mentre le vibrazioni a frequenze intermedie diminuiscono drasticamente nei vetri ultra-stabili, quelle a frequenze più basse rimangono invariate, suggerendo che queste vibrazioni non sono dovute a difetti ma rappresentano una caratteristica intrinseca del materiale stesso.

Implicazioni pratiche e future applicazioni

Sebbene si tratti di una ricerca fondamentale, le implicazioni pratiche di questo studio potrebbero essere significative. I vetri ultra-stabili sono già utilizzati in applicazioni ad alta tecnologia, come gli schermi OLED di televisori e smartphone. Comprendere come le vibrazioni degli atomi influenzino la conducibilità termica potrebbe portare a miglioramenti nella durata degli schermi e nell'efficienza energetica.

Nel campo della farmaceutica, molti farmaci sono confezionati in matrici vetrose organiche. Se questi materiali non sono stabili, possono deteriorarsi nel tempo, riducendo l'efficacia del farmaco. Studiare la stabilità atomica dei vetri potrebbe portare alla creazione di capsule farmaceutiche che non subiscono “invecchiamento”, garantendo così una maggiore efficacia terapeutica.