Transiciones de percolación en vidrios comprimidos de SiO2

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física de la materia condensada
• Química computacional

Sus antecedentes:

• Las transformaciones amorfas bajo presión se explican típicamente por cambios estructurales locales.
• El papel de la invarianza de escala y los umbrales críticos en estas transformaciones sigue sin estar claro.
• Comprender estas transiciones es crucial para la ciencia de los materiales y la física de la materia condensada.

Objetivo del estudio:

• Investigar el mecanismo de las transformaciones amorfas en vidrio de sílice comprimido.
• Para determinar si estas transformaciones exhiben características similares a las transiciones de fase verdaderas.
• Explorar la aplicabilidad de la teoría de la percolación a los cambios estructurales inducidos por la presión en materiales amorfos.

Principales métodos:

• Se utilizaron cálculos basados en ab initio para simular el vidrio de sílice comprimido (SiO2).
• El estudio analizó los cambios estructurales de estados amorfos de baja a alta densidad.
• La teoría de la percolación se usó para modelar la aparición de grupos estructurales interconectados.

Principales resultados:

• Los cambios estructurales ocurren a través de una secuencia de transiciones de percolación, no solo reorganizaciones locales.
• Aparición de grupos de poliedros de largo alcance (tetraedros, pentaedros, octaedros) a presiones críticas.
• El mecanismo explica las anomalías mecánicas (por ejemplo, a 3 GPa) y la irreversibilidad estructural (más allá de 10 GPa).
• Las estructuras amorfas descubiertas se asemejan a los cristales de coesita IV y V, enfatizando el papel del pentaedro SiO5.

Conclusiones:

• La teoría de la percolación proporciona un marco robusto para comprender las transformaciones amorfas bajo presión.
• Los hallazgos ofrecen información sobre el proceso de densificación de la sílice vítrea.
• Este trabajo abre nuevas vías para predecir fases sólidas y líquidas amorfas desconocidas.