I meccanismi che regolano la fusione dei solidi

Alcuni fisici dell'Università della Pennsylvania hanno verificato sperimentalmente un principio fondamentale che riguarda la fusione dei solidi. I risultati hanno mostrato esplicitamente che la fusione ha inizio in coincidenza con i difetti della struttura cristallina dei materiali solidi, cominciando lungo le fessure e le dislocazioni presenti nella griglia di atomi altrimenti ordinata.

La scoperta fa luce su alcune questioni fondamentali relative alla fusione dei solidi e influenzerà probabilmente la ricerca in fisica, chimica, scienza e ingegneria dei materiali e anche in biologia.

“La fusione - spiega Arjun Yodh del dipartimento di astronomia e fisica - è una delle transizioni di fase che osserviamo più frequentemente nella vita di tutti i giorni. Eppure, molti dettagli relativi a un semplice cubetto di ghiaccio che si scioglie sono ancora poco chiari. Da un punto di vista superficiale, il principio sembra semplice: quando il solido si riscalda, le molecole all'interno del ghiaccio acquisiscono più energia e oscillano maggiormente, causando la transizione da solido a liquido. Ma la realtà è più ricca e complessa”.

Gli scienziati hanno dimostrato direttamente la teoria secondo la quale l'inizio della fusione - o pre-fusione - si verifica presso le imperfezioni nella struttura ordinata dei solidi cristallini. La pre-fusione avviene nelle aree dove l'allineamento degli atomi non è perfetto, in particolar modo ai margini dei cristalli.

Per studiare il fenomeno, Yodh e colleghi hanno creato atomi “extra-large”, cristalli translucenti tridimensionali, a partire da sfere colloidali che rispondevano all'energia termica. Le sfere erano osservabili con un microscopio ottico, e si dilatavano o restringevano in seguito a piccoli cambiamenti di temperatura.

Queste ed altre caratteristiche le facevano comportare come enormi versioni degli atomi e hanno consentito agli scienziati di simulare il comportamento dei cristalli.

Traduzione e adattamento linguistico: Massimo Bertolucci / Fonte: Penn University of Pennsylvania