“Física de Vidrios, Sólidos Amorfos y Cristales Desordenados”

Miguel Angel Ramos

PROGRAMA

1. INTRODUCCIÓN A LOS SÓLIDOS NO CRISTALINOSIntroducción. Definiciones. Tipos de desorden. Sólidos amorfos. Cuasicristales. Vidrios.

2. MÉTODOS DE PREPARACIÓN DE SÓLIDOS AMORFOSRápido enfriamiento del fundido. “Melt spinning”. Evaporación térmica. Deposición química de vapor. Procesos sol-gel. Amorfización inducida por presión.

3. EL ESTADO VÍTREO Y LA TRANSICIÓN VÍTREALa transición vítrea. La Paradoja de Kauzmann. Factores determinantes de la transición vítrea. Procesos de relajación en el vidrio y en el líquido sobrenfriado. Vidrios fuertes y vidrios frágiles: la clasificación de Angell. El paisaje de energías. Teorías antiguas y actuales de la transición vítrea.

4. ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS AMORFOSEl modelo de Zachariasen de la Red del Contínuo Aleatorio. Difracción. La función de distribución radial. Orden a corto y medio alcance. El Primer Pico Agudo de Difracción. Simulaciones por ordenador.

5. DINÁMICA ATÓMICA DE LOS SÓLIDOS AMORFOSConsecuencias de la falta de orden a largo alcance. Espectroscopías Raman, Infrarroja y Brillouin. El “pico bosónico”. Dispersión inelástica de neutrones. Métodos computacionales y simulaciones de dinámica molecular.

6. PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS NO CRISTALINOS A BAJAS TEMPERATURASLas “anomalías universales” de los vidrios a bajas temperaturas. Calor específico. Conductividad térmica. Propiedades acústicas y dieléctricas. El modelo de “tunneling”. El modelo de potenciales blandos. Conexiones entre la transición vítrea y las propiedades a bajas temperaturas.

7. VARIAS FAMILIAS INTERESANTES DE VIDRIOS, SÓLIDOS AMORFOS YCRISTALES DESORDENADOSVidrios óxidos. Conductores superiónicos. Amorfos magnéticos. Cristales mixtos. Cristales plásticos y vidrios orientacionales. Vidrios moleculares de puentes de hidrógeno. Biomoléculas. La “Materia Blanda”.

BIBLIOGRAFÍA

Libros de texto más fundamentales:

S. R. Elliott, Physics of Amorphous Materials, 2nd ed. (Longman, 1990). R. Zallen, The Physics of Amorphous Solids, (Wiley, 1983). I. Gutzow, J. Schmelzer, The Vitreous State (Springer, 1995). S. A. Brawer, Relaxation in viscous liquids and glasses (Am. Ceram. Soc., 1983).Ch. Enss and S. Hunklinger, Low-Temperature Physics (Springer, 2005). W. A. Phillips (ed.), Amorphous Solids: Low Temperature Properties (Topics in Current Physics, Vol. 24, Springer, 1981).

Reviews especializados:

Science 267 (1995), pp. 1924-1953. P. G. Debenedetti and F. H. Stillinger, Nature 410 , 259 (2001). A. Cavagna, Physics Reports 476 , 51-124 (2009). P. Esquinazi (ed.), Tunneling Systems in Amorphous and Crystalline Solids (Springer, 1998). W. A. Phillips, Rep. Progr. Phys. 50 , 1657 (1987).

1. INTRODUCCIÓN A LOS SÓLIDOS NO CRISTALINOS

* ¿ Qué es un sólido ?

Un material que no fluye, es decir, su viscosidad será:

1013 - 1014 poise

Ecuación de Maxwell para el tiempo de relajación “transversal”:

= G

Tipos de desorden:

desorden topológico desorden de spin

desorden vibracionaldesorden substitucional

CRISTAL AMORFO

Differential Scanning Calorimetry

Differential Thermal Analysis

nucleation rate

rate of crystal growth

v = L (Tm-T) / 3a2Tm

velocity of crystallization:

Tabla representativa de diferentes sólidos amorfos,sus tipos de enlace químico y sus temperaturas de transición vítrea:

DEFINICIONES

Cristal perfecto: sólido en el que los átomos (o grupos de átomos) presentan una periodicidad perfecta, u orden traslacional a largo alcance, hasta el infinito.

Sólidos desordenados

SÓLIDOS NO CRISTALINOS = AMORFOS:los que no poseen orden traslacional a largo alcance

VIDRIOS: sólidos amorfos que presentan

“transición vítrea”

cuasicristales

2. MÉTODOS DE PREPARACIÓN Y APLICACIONES DE LOS VIDRIOS Y LOS SÓLIDOS AMORFOS

Melt quenching Splat cooling Melt spinning Thermal evaporation Sputtering Glow-discharge decomposition Chemical vapor deposition Sol-gel processes Electrolytic deposition Reaction amorphization Irradiation Pressure-induced amorphization Solid-state diffusional amorphization

melt quenching splat cooling thermal evaporation

melt spinning

~ 10-3 K/s ~ 102 K/s ~ 105 K/s ~ 1010 K/s

~ 107 K/s

thermal evaporation

sputtering

glow-discharge decomposition

sol-gelprocesses

APLICACIONES DE LOS SÓLIDOS AMORFOS

xerografía