San Francisco Frontiers - Da liquido a vetro, la danza delle molecole ricostruita ai raggi X

E' stata vista in azione la complessa danza molecolare che caratterizza un materiale quando passa dallo stato liquido a quello vetroso, ossia lo stato nel quale materiale si presenta solido ma ha la struttura molecolare disordinata tipica di un liquido. Osservarla è stato possibile grazie ai raggi X del supermicroscopio più potente del mondo, quello del sincrotrone europeo (Esrf) di Grenoble, in Francia. I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Physics, dimostrano che i movimenti delle molecole sono guidati da un unico meccanismo coerente che fa scivolare il materiale verso l'immobilità del vetro. Lo studio internazionale è stato guidato dall'italiano Federico Caporaletti, all'epoca alla Libera Università di Bruxelles, e da Giulio Monaco dell'Università di Padova, e ha visto la partecipazione per l'Italia anche dell'Università di Pisa. Per decenni la fisica ha interpretato la transizione da liquido a vetro come una sovrapposizione di movimenti distinti: da una parte ci sono le vibrazioni degli atomi intrappolati nelle loro gabbie molecolari e dall'altra il processo di rilassamento strutturale che permette alle molecole di sfuggire a quelle stesse gabbie. Fra questi due estremi si colloca il misterioso 'rilassamento di Johari-Goldstein': identificato negli anni '70: una proprietà che si manifesta idurante il passaggio dallo stato liquido a quello vetroso. Utilizzando una tecnica all'avanguardia basata sui raggi X, i ricercatori sono riusciti a osservare il movimento molecolare su scala atomica in una finestra temporale finora praticamente inaccessibile, compresa tra 10 nanosecondi e 10 microsecondi. I risultati ribaltano le vecchie convinzioni: il rilassamento di Johari-Goldstein non è un evento isolato e indipendente, ma il primo segnale di cedimento delle gabbie molecolari che porta, infine, al rilassamento strutturale. "Dopo quasi dieci anni di ricerche abbiamo finalmente capito l'origine microscopica di alcune proprietà molto importanti dei vetri", dice Simone Capaccioli dell'Università di Pisa, tra gli autori dello studio. "Questi risultati - aggiunge - potranno contribuire a progettare vetri con proprietà sempre più rispondenti alle richieste della società".

C.Diaz--SFF