Investigadors de la UB identifiquen una transició de fase d'ordre mixt

En l'article publicat a la revista PNAS s'ha predit teòricament i observat experimentalment una transició de fase d’ordre mixt en un cristall col·loidal magnètic.
En l'article publicat a la revista PNAS s'ha predit teòricament i observat experimentalment una transició de fase d’ordre mixt en un cristall col·loidal magnètic.
Recerca
(20/12/2017)

Les transicions de fase són fenòmens de transformació de la matèria —com ara lʼebullició o la congelació de lʼaigua— molt rellevants per a la vida quotidiana. La classificació actual en distingeix tres tipus: transicions de primer i de segon ordre, definides des dels anys trenta, i les anomenades transicions dʼordre mixt, que es van predir teòricament lʼany 1969 i que reuneixen característiques de les altres dues. Ara, un equip de la Universitat de Barcelona, en un article publicat a la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ha predit teòricament i observat experimentalment una transició de fase dʼordre mixt en un cristall col·loidal magnètic, és a dir, un sòlid format per micropartícules magnètiques en suspensió. «Aquest resultat constitueix la primera realització experimental dʼuna transició dʼordre mixt. Dʼaltra banda, el sistema col·loidal que hem desenvolupat podria esdevenir un sistema experimental paradigmàtic per poder estudiar les propietats de les transicions dʼordre mixt, fins ara només descrites en la teoria», explica Ricard Alert, investigador Institut de Sistemes Complexos (UBICS) i primer signant de lʼarticle. També han participat en la recerca els investigadors del mateix Institut el el catedràtic Jaume Casademunt i Pietro Tierno, també membre de lʼInstitut de Nanociència i Nanotecnologia (IN2UB).

En l'article publicat a la revista PNAS s'ha predit teòricament i observat experimentalment una transició de fase d’ordre mixt en un cristall col·loidal magnètic.
En l'article publicat a la revista PNAS s'ha predit teòricament i observat experimentalment una transició de fase d’ordre mixt en un cristall col·loidal magnètic.
Recerca
20/12/2017

Les transicions de fase són fenòmens de transformació de la matèria —com ara lʼebullició o la congelació de lʼaigua— molt rellevants per a la vida quotidiana. La classificació actual en distingeix tres tipus: transicions de primer i de segon ordre, definides des dels anys trenta, i les anomenades transicions dʼordre mixt, que es van predir teòricament lʼany 1969 i que reuneixen característiques de les altres dues. Ara, un equip de la Universitat de Barcelona, en un article publicat a la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ha predit teòricament i observat experimentalment una transició de fase dʼordre mixt en un cristall col·loidal magnètic, és a dir, un sòlid format per micropartícules magnètiques en suspensió. «Aquest resultat constitueix la primera realització experimental dʼuna transició dʼordre mixt. Dʼaltra banda, el sistema col·loidal que hem desenvolupat podria esdevenir un sistema experimental paradigmàtic per poder estudiar les propietats de les transicions dʼordre mixt, fins ara només descrites en la teoria», explica Ricard Alert, investigador Institut de Sistemes Complexos (UBICS) i primer signant de lʼarticle. També han participat en la recerca els investigadors del mateix Institut el el catedràtic Jaume Casademunt i Pietro Tierno, també membre de lʼInstitut de Nanociència i Nanotecnologia (IN2UB).

Nova fita en el camp de les transicions de fase

Les transicions de primer ordre es caracteritzen per presentar una discontinuïtat en el canvi de fase. Per exemple, lʼaigua experimenta una disminució sobtada de densitat en el punt de congelació i en el dʼebullició, quan lʼaigua líquida passa a la fase sòlida i a la gasosa, respectivament. En el cas de les transicions de segon ordre, el sistema evoluciona de manera contínua entre una fase i una altra. Seguint amb lʼexemple de lʼaigua, a uns 374 ºC i una pressió de 218 atmosferes, sʼarriba a lʼanomenat punt crític, en el qual la densitat de la fase líquida i de la fase gasosa esdevenen iguals. Així doncs, la transició de lʼaigua entre aquestes fases a través del punt crític és contínua i, per tant, de segon ordre. A més, un sistema en el punt crític adquireix unes propietats extraordinàries, i esdevé infinitament susceptible a petits canvis o pertorbacions. En el cas dʼun fluid, per exemple, això dona lloc a fluctuacions de densitat molt grans, que causen que el fluid es torni opac: un fenomen conegut com a opalescència crítica.

Lʼany 1969, David J. Thouless —guardonat amb el Premi Nobel de Física del 2016— va predir una transició de fase que, malgrat que presentava característiques de les transicions de segon ordre, era discontínua com les de primer ordre. Aquesta troballa va portar a ampliar la classificació de les transicions de fase, a les quals es van afegir les transicions dʼordre mixt. Tot i que fins ara sʼhavien predit teòricament aquestes transicions en una àmplia varietat de fenòmens, no sʼhavia pogut observar mai en un sistema experimental en equilibri. Per aconseguir-ho, lʼequip de la UB va dissenyar un sistema format per partícules paramagnètiques en suspensió que componen un patró cristal·lí que poden controlar mitjançant camps magnètics externs.

Referència de lʼarticle:

R. Alert, P. Tierno, i J. Casademunt. «Mixed-order phase transition in a colloidal crystal». Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017. Doi: 10.1073/pnas.1712584114