Descobreixen un nou mecanisme per formar estats metastables

Els estats metastables són els que tenen una estabilitat dèbil i, per tant, duren períodes de temps curts. Lʼexemple més conegut és el de lʼaigua, que, en certes condicions, es pot mantenir en estat líquid per sota dels 0 ºC (sobrerefredada), malgrat que el seu estat estable a aquestes temperatures és lʼestat sòlid (gel). Aquest fenomen és degut al fet que, per iniciar el procés de solidificació, cal certa energia, i reunir aquesta energia requereix un temps durant el qual el sistema es manté en aquest estat metastable. El procés pel qual sʼinicia la solidificació en superar la barrera energètica sʼanomena nucleació.

Fins ara, lʼúnica manera de formar espontàniament un estat metastable era partint dʼun altre estat metastable, després de superar la corresponent barrera energètica. Però lʼequip de la Universitat de Barcelona ha descobert com es pot formar un nou estat metastable sense haver de sobrepassar cap barrera energètica. El treball mostra com, en el sistema de cristalls col·loïdals magnètics dissenyat pels investigadors de la UB, un estat metastable es forma directament i simultàniament a la formació de lʼestat estable final, a través dʼun procés anomenat descomposició espinodal. En lʼanalogia de lʼaigua seria com si, partint dʼuna certa estructura cristal·lina del gel, seʼn formés una estructura sòlida diferent alhora que es forma aigua líquida sobrerefredada (tot i lʼanalogia, aquest procés no és possible en lʼaigua).

Els investigadors han estudiat com es produeix la transició entre dues estructures diferents dʼaquest cristall col·loïdal quan es varia el camp magnètic i han trobat que es produeixen diversos fenòmens inesperats en el transcurs d'aquesta transició. Segons Ricard Alert, primer autor de lʼarticle, «els nostres resultats obren un nou escenari en el camp de les transicions de fase, en què prediem una sèrie de fenòmens que no estaven previstos en la teoria clàssica».

Referència de l'article:

R. Alert, P. Tierno i J. Casademunt. «Formation of metastable phases by spinodal decomposition». Nature Communications, octubre de 2016. DOI: 10.1038/ncomms13067