La nieve no siempre es hielo por completo. Incluso a temperaturas muy por debajo del punto de congelación, su superficie se puede recubrir con una capa de átomos semilíquidos, normalmente de unos pocos nanómetros de espesor.

El proceso de su formación se conoce como prefusión (o “descongelación superficial”), razón por la cual los cubitos de hielo pueden adherirse entre sí incluso en el congelador.

Además del hielo, hemos observado una capa superficial de prefusión en una amplia variedad de materiales con estructuras cristalinas, dentro de la cual los átomos están dispuestos en una red finamente ordenada, como el diamante, el cuarzo y la sal de mesa.

Ahora, por primera vez, los científicos han observado el derretimiento superficial de una sustancia que se encuentra en la ruina interior: el vidrio.

El vidrio y el hielo pueden parecer muy similares, pero a menudo son muy diferentes a nivel atómico. Cuando la nieve cristalina es agradable y ordenada, llamamos vidrio sólido amorfo: No tiene una estructura atómica real de la que hablar. En cambio, sus átomos son todo tipo de animales poco profundos y apilados, como se esperaría ver en un líquido.

Esto, como era de esperar, hace que sea muy difícil detectar una película semilíquida predisuelta en la superficie del vidrio.

Esta capa líquida de membrana generalmente se descubre mediante experimentos que implican la dispersión de neutrones o rayos X, que son sensibles a la disposición atómica.

se dispone hielo sólido; La fusión superficial es menor. En el vaso, todo está desordenado, por lo que la dispersión no será una herramienta especialmente útil.

Los físicos Clemens Bechinger y Li Tian de la Universidad de Konstanz en Alemania adoptaron un enfoque diferente. En lugar de examinar una pieza de vidrio atómico, crearon algo llamado vidrio coloidal: una suspensión de bolas de vidrio microscópicas suspendidas en un líquido que se comporta como átomos en vidrio atómico.

Dado que las esferas son 10.000 veces más grandes que los átomos, su comportamiento se puede ver directamente bajo un microscopio y, en consecuencia, se puede estudiar con más detalle.

Usando microscopía de dispersión, Bechinger y Tian examinaron de cerca su vidrio coloidal, reconociendo signos de fusión superficial; Es decir, las partículas en la superficie se movían más rápido que las partículas en el vidrio suelto debajo.

Esto no fue inesperado. La densidad del vidrio a granel es mayor que la de la superficie, lo que significa que las partículas de la superficie tienen más espacio para moverse. Sin embargo, en una capa debajo de la superficie, de hasta 30 partículas de diámetro de espesor, las partículas continúan moviéndose más rápidamente que en el vidrio a granel, incluso cuando alcanzan la gran densidad del vidrio.

“Nuestros resultados muestran que la fusión del vidrio en la superficie es cualitativamente diferente en comparación con los cristales y conduce a la formación de una capa de vidrio en la superficie”. Los investigadores escriben en su artículo.

“Esta capa contiene grupos cooperativos de partículas altamente móviles que se forman en la superficie y que proliferan profundamente en el material en varias decenas de diámetros de partículas más allá de la región donde la densidad de partículas está saturada”.

Como la fusión de la superficie altera las propiedades de la superficie de un material, los resultados brindan una mejor comprensión del vidrio, que es muy útil en una variedad de aplicaciones pero también muy exótico.

Por ejemplo, la alta movilidad de la superficie podría explicar por qué las películas metálicas y poliméricas delgadas tienen una conductividad iónica más alta en comparación con las películas más gruesas. De hecho, usamos esta propiedad en las baterías, ya que estas películas actúan como conductores iónicos.

Una comprensión más profunda de esta propiedad, sus causas y cómo se puede inducir ayudará a los científicos a encontrar formas mejoradas e incluso nuevas de usarla.

La investigación del equipo fue publicada en Conexiones con la naturaleza.