Un rompecabezas internacional de 50 años en mecánica estadística ha sido resuelto por un equipo internacional de investigadores que han demostrado que los líquidos bidimensionales 2D tienen propiedades dinámicas fundamentalmente diferentes a los líquidos tridimensionales 3D.
Los investigadores usan rutinariamente experimentos y simulaciones en 2D para representar líquidos en 3D, simplemente porque los estudios en 2D son más fáciles de hacer.
Con estos estudios, los físicos apuntan a racionalizar las propiedades familiares de los fluidos macroscópicos, como la viscosidad, en términos del movimiento microscópico de las partículas, que en 2D se puede visualizar directamente.
El equipo dirigido por el profesor asociado Massimo Pica Ciamarra de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur NTU Singapur se propuso comprender el 'movimiento térmico' de los átomos en líquidos 2D y 3D.
Utilizando una combinación de cálculos con lápiz y papel y simulaciones numéricas, predijeron que los átomos en líquidos 2D pueden viajar largas distancias antes de 'olvidar' efectivamente sus posiciones iniciales. Este comportamiento da lugar a un movimiento colectivo sutil de los átomos,de un tipo que anteriormente solo se pensaba que ocurría en los sólidos.
Para confirmar sus hallazgos teóricos, los investigadores realizaron experimentos que rastrearon los movimientos de las partículas coloidales bajo un microscopio. En líquidos tridimensionales ordinarios, tales partículas ejecutan un tipo de movimiento aleatorio conocido como movimiento browniano.
Pero en líquidos bidimensionales, el equipo pudo demostrar que el movimiento browniano se superpone a movimientos colectivos a gran escala. Anteriormente, se creía que este movimiento colectivo solo ocurría en sólidos 2D, según lo previsto por Mermin y Wagner en la década de 1960.
La prueba de la diferencia fundamental entre líquidos 2D y 3D fue obtenida por investigadores de NTU Singapur, el Centro Jawaharlal Nehru para Investigación Científica Avanzada en India, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y la Universidad de California Los Ángelesen los Estados Unidos. Su trabajo fue publicado en noviembre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS.
"Nuestro descubrimiento muestra que los líquidos bidimensionales y los líquidos tridimensionales no son solo variantes entre sí, sino fundamentalmente diferentes tipos de materia", dijo el profesor asociado Pica Ciamarra.
"Nuestros hallazgos ayudan a explicar muchas diferencias desconcertantes entre las propiedades dinámicas de los líquidos bidimensionales y tridimensionales, que se han informado en la literatura científica", dijo el profesor asociado Pica Ciamarra. "Es solo en 2D, no en 3Do dimensiones superiores, que el tiempo de relajación no es inversamente proporcional a la difusividad de las partículas ""
"Para extraer información relevante sobre la dinámica de los líquidos 3D de las investigaciones 2D", agregó el Dr. Y.-W. Li, coautor de este estudio, "los investigadores necesitan desarrollar una forma de filtrar selectivamente el efecto delas oscilaciones de partículas colectivas observadas "
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Nanyang . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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