Vidros estruturais e a transição vítrea
 

Vidros estruturais são os familiares "vidros de janela". O estado molecular num vidro é altamente frustrado, a frustração vem da impossibilidade  que todas as particulas possam ocupar os mínimos da energia potencial de pares (estado de equilíbrio mecânico) simultaneamente , devido a presença de outras partículas próximas. Esta situação gera uma espécie de "desordem posicional ou geométrico". A temperaturas baixas a estrutura local de um vidro é semelhante a de um líquido, apenas ordem de curto alcance é evidente. Quando um líquido formador de vidro é resfriado a difusão das partículas diminui de forma dramática e na vizinhança da chamada "transição vítrea" a viscosidade cresce varias ordens de grandeza. A dinâmica lenta mantém o vidro num estado metaestável, em muitos aspectos semelhante ao comportamento dos vidros de spin, sistemas magnéticos frustrados e desordenados. Uma das características marcantes da dinâmica lenta em vidros, vidros de spin e outros sistemas é o denominado "aging" ou envelhecimento do sistema, que consiste na crescente dificuldade do sistema relaxar para o equilíbrio térmico a temperaturas baixas. 

Importantes avanços têm sido dados na descrição teórica do estado vítreo nos últimos anos. Por uma parte a analogia de comportamento com os vidros de spin, para os quais importantes formalismos foram desenvolvidos nos anos 80, permitiu e permite obter importantes "insights" no comportamento dos vidros moleculares. Recentemente importantes avanços em técnicas experimentais, como a microscopia confocal, vêm permitindo estudar a dinâmica de partículas individuais, por exemplo em sistemas coloidais formadores de vidro, validando resultados teóricos e simulações computacionais.

Existe uma longa lista de questões relevantes ainda não resolvidas na física dos vidros, algumas das quais são:

A estrutura molecular de um vidro apresenta alguma característica diferente da de um líquido ? ou em outras palavras, existe alguma ordem oculta no estado vítreo?
A chamada "fase vítrea" é um estado de origem puramente cinético, ou existe alguma transição de fase subjacente ainda não bem caracterizada? É possível que, a semelhança do que acontece num vidro de spin, alguma ordem de longo alcance exótica se desenvolve quando um líquido se transforma num vidro?
É possível desenvolver uma descrição termodinâmica da fase vítrea, conceitos do equilíbrio termodinâmico são relevantes para descrever o estado vítreo? 

Nos últimos anos temos trabalhado em duas descrições possíveis, e populares, da fenomenologia vítrea, em grande parte em colaboração com o Prof. Gabriel Fabricius, da Universidad Nacional de La Plata, Argentina: 

1- A influência da estrutura da superfície de energia potencial a medida que a temperatura desce, no aparecimento de dinâmica lenta e na caracterização da transição vítrea como uma transição topológica, e

2- A caracterização das chamadas "heterogeneidades dinâmicas" no regime de líquido súper-resfriado, ou domínios de partículas correlacionadas dinamicamente, que também é cotada como uma das marcas características do comportamente vítreo, devido a crescente cooperatividade molecular a medida que a temperatura decresce.

Alguns trabalhos publicados por nós:

Fickian crossover and lengthscales from two-point functions in supercooled liquids
        D. A. Stariolo and G. Fabricius
,   J. Chem. Phys. 125, 64505 (2006)

Inherent structures dynamics in glasses: a comparative study      
        D. A. Stariolo, J. J. Arenzon and G. Fabricius,
  Physica A 340, 316-326 (2004)

Time correlation functions between inherent structures: a connection between landscape topology and the dynamics of glassy systems 
        G. Fabricius and D. A. Stariolo,   Physica A 331, 90-98 (2004)

The distance between Inherent Structures and the influence of saddles on approaching the mode coupling transition in a simple glass former
        G. Fabricius and D. A. Stariolo,  Phys. Rev. E 66, 031501 (2002)



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