Sobre el movimiento democrático a escala molecular en líquidos a baja temperatura

J. Ariel Rodriguez Fris. Universidad Nacional del Sur.

El movimiento de los átomos, moléculas e iones que conforman un líquido cuando, en promedio, se desplazan el equivalente a su tamaño a partir de su posición inicial se la denomina relajación estructural. La dinámica de relajación estructural de líquidos a baja temperatura es heterogénea en tiempo y espacio. Es decir que dicha dinámica es muy diferente de una región a otra y además cambia en el tiempo. Cabe aclarar que estas heterogeneidades se hacen más conspicuas con la disminución de la temperatura.

El hallazgo de heterogeneidades dinámicas, tanto teóricas como experimentales, en líquidos a baja temperatura brindó una clave para comprender el mecanismo por el cual relajan dichos sistemas. En esta tesis demostramos, mediante simulación por computadoras, que dicha relajación, al menos para los tres líquidos estudiados, se debe a la ocurrencia de eventos que denominamos d-clusters (por democratic clusters, o agregados democráticos), los cuales son una clase de heterogeneidades dinámicas no estudiadas hasta el momento.

Para caracterizar la dinámica de relajación utilizamos tres modelos de líquidos: uno arquetípico de constituyentes que interaccionan como los gases nobles (como el Argón), otro que emula agua sobreenfriada y, por último, uno que emula dióxido de silicio. Al seguir la dinámica de pequeñas porciones de estos sistemas en función del tiempo, descubrimos que los constituyentes pasan largos períodos de "inactividad", sin moverse demasiado en promedio (por lo que en estos tiempos el sistema no relaja ya que se halla aproximadamente inmóvil o congelado). Se analizan pequeñas porciones del líquido ya que cada región se comporta diferente debido a las heterogeneidades dinámicas.

Por otro lado, vimos que a ciertos tiempos sobreviene una rápida reorganización de aproximadamente el 35 % de los constituyentes formando una agrupación (ó cluster) relativamente compacta. Posteriormente reaparece el período inmóvil y así sucesivamente, alternan. A este tipo de movimiento colectivo, el cual es una nueva clase de heterogeneidades dinámicas, que dura sólo una fracción respecto del gran período inmóvil, lo denominamos d-cluster. La d por democrático ya que es una importante fracción del total del sistema que se reorganiza.

Se destaca el hecho que nuestro trabajo permitió a otros autores, estudiando un polímero a baja temperatura y comparando simulaciones con experimentos, dar soporte experimental a la ocurrencia de estos eventos. En conclusión, nuestro trabajo ayudó a mejorar la comprensión del mecanismo de relajación estructural a baja temperatura de tres líquidos de muy distinta naturaleza, lo cual presupone que dicho mecanismo podría ser entonces común a todos los líquidos.

CienciaNet consultó a Ezequiel Albano, de la Universidad de La Plata, quien fue jurado evaluador de la tesis. Ezequiel comenta que "La tesis de Ariel constituye un aporte teórico fundamental para el entendimiento de los complejos procesos de relajación dinámica que tienen lugar durante la formación de vidrios. Asimismo, los trabajos surgidos de la tesis han logrado una gran repecución internacional y motivado la realización de experimentos con el objeto de corroborar sus predicciones."

Esta tesis recibió el premio J.J. Giambiagi 2009 a la mejor tesis de física teórica, otorgado por la Asociación Física Argentina.

Trabajo Original: "Dinámica de relajación de líquidos formadores de vidrios" presentada por Ariel Rodriguez Fris para optar por el grado de Doctor en la Universidad Nacional del Sur, bajo la dirección de Gustavo Appignanesi.

Contacto: Ariel Rodriguez Fris (E-mail: [email protected]).