Física

Un mundo ordenado se encuentra en la frontera entre los estados líquido y sólido


La observación detallada proporciona evidencia directa de que la estructura del cristal del zafiro induce a los átomos del aluminio líquido a que se alineen de manera ordenada, algo que no suele ser característico de los líquidos.

"En líneas generales, esto significa que debemos empezar a pensar de forma del todo diferente sobre los puntos de contacto entre los estados líquido y sólido", declara el Profesor Wayne D. Kaplan del Technion (Instituto de Tecnología de Israel), uno de los autores del estudio, realizado en colaboración con especialistas del mismo centro, y del Instituto Max Planck en Alemania.

Los resultados tienen implicaciones fundamentales para una gran variedad de procesos, incluyendo la lubricación, el crecimiento de capas delgadas de cristal, y el grado en que un líquido derramado se extiende sobre una superficie sólida. Son muchos los procesos tecnológicos que dependen de comprender bien tales fenómenos. Por ejemplo, estos procesos desempeñan un papel importante en la fabricación de chips y otros dispositivos microelectrónicos, en la soldadura de materiales, y al maniobrar líquidos a través de espacios pequeños. Otras aplicaciones podrían incluir los "laboratorios en un chip", donde se requiere mover fluidos a través de microcanales en una pequeña placa de vidrio, y en la impresión (en tejidos y papel), que también involucra el proceso de mojar un sólido con un líquido.

Los investigadores pudieron vislumbrar la dinámica de la superficie de contacto líquido-sólido usando un microscopio electrónico especial de transmisión y alta resolución. Estos microscopios funcionan haciendo pasar un haz de electrones de alto voltaje a través de una fina rodaja del material. La dispersión del haz de electrones debida a las interacciones con los átomos de la muestra permite a los investigadores construir imágenes a escala atómica de esta última, basándose en las mediciones de este efecto de dispersión.

Estado líquido sólido
Formación de una gota líquida de aluminio. ((Foto: Argonne NL))
Kaplan y sus colegas usaron un dispositivo calorífico en el microscopio para calentar una fina rodaja de cristal de zafiro puro (también conocido como óxido de aluminio), hasta el punto de fusión del aluminio. La combinación del calor y el bombardeo de electrones golpeando los átomos de oxígeno los expulsó fuera del cristal de zafiro permitiendo a los átomos de aluminio flotar en la superficie del cristal para formar gotas de líquido.

Los investigadores usaron imágenes y películas en tiempo real para captar la evolución dinámica de la frontera entre el zafiro y las gotas de aluminio. Debido a la frontera con el cristal, los átomos en el líquido formaron una estructura ordenada. Como resultado, los átomos del líquido adyacentes a la frontera presentan propiedades diferentes a las del líquido y el sólido. Debido a la presencia de pequeñas cantidades de oxígeno en el microscopio, en unas centésimas de segundo el oxígeno se mezcló con los átomos ordenados de aluminio, posibilitando que el cristal creciera capa por capa en el líquido. Esto permitió a los investigadores determinar el mecanismo de crecimiento del cristal para el zafiro, un material importante para la ingeniería. Las imágenes obtenidas muestran las estructuras en una escala sumamente pequeña, menos de un nanómetro.


Más artículos
Memorias cuánticas
Antineutrinos
Iones para mejorar relojes
Indicios materia misteriosa
Leonardo Da Vinci fricción
Velocidad luz en fibra óptica
Ubicación de átomos en superconductores
Evolución cerebro humano
Miniaturización de máquinas
Reloj atómico NIST
Relación matemáticas física atómica
Movimiento electrones moléculas
Control aglomeración nanoparticulas
Estado líquido sólido
Agua hidrofóbica
Electrones carácter dual onda-partícula
Nanopartículas magnéticas en cadena
Choque de átomos
Ecuación turbulencia
Leyes cuánticas