Las propiedades de los vidrios a bajas temperaturas persisten durante millones de años
Las características más importantes de los sólidos vítreos se mantienen a bajas temperaturas. Así lo revelan muestras de ámbar con más de 110 millones de años de antigüedad recogidas en la cueva de El Soplao, en Cantabria, y analizadas por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universidad Autónoma de Madrid.
En este trabajo, publicado en Physical Review Letters, se han estudiado muestras cuya formación se remonta al Cretácico y que han sufrido un proceso de envejecimiento y estabilización termodinámica.
En el Instituto de Ciencia de Materiales del CSIC, en Madrid, se han realizado análisis de velocidad del sonido a través de espectroscopía Brillouin, método que permite obtener información mediante la interacción entre la luz y la materia. A través de esta técnica, los científicos han podido conocer la evolución de los ejemplares estudiados con la temperatura. Por otra parte, en el Laboratorio de bajas temperaturas de la Universidad Autónoma se han caracterizado las propiedades termodinámicas.
Estos experimentos han permitido a los expertos demostrar que las dos características más importantes y omnipresentes de los sólidos vítreos a bajas temperaturas (la presencia de sistemas de tuneleo de dos niveles y el llamado ‘pico bosónico’) persisten sin cambios esenciales en estos vidrios altamente estabilizados, al contrario de lo que generalmente se pensaba durante los últimos 40 años.
“Si bien el vidrio es conocido desde hace miles de años, desde el punto de vista de la Física su naturaleza es una de las cuestiones más controvertidas desde hace décadas”, explica Rafael J. Jiménez Riobóo, del Instituto de Ciencia de Materiales. “El ámbar puede ser una de las claves para arrojar luz a esta controversia, ya que su historia térmica puede ser manipulada. Se puede obtener un ámbar ‘rejuvenecido’ y llevarlo de nuevo a su estado vítreo”, añade el científico.
Un método único de conservación
El ámbar es una resina de árbol fosilizada, producida a partir de los exudados de coníferas o angiospermas. Con el paso del tiempo esta resina sufre una maduración durante la que se produce una polimerización progresiva, entre otros procesos, y tras largos períodos de tiempo, que pueden exceder en algunos casos los cien millones de años, se fosiliza. Esta transformación en vidrios de ámbar es la que se produjo en el yacimiento de El Soplao.
Este material, además de por sus usos ornamentales, es conocido también por su relevancia para la Paleontología, ya que es un sistema único de preservación de bio-inclusiones muy antiguas de animales y vegetales que quedaron atrapados en la resina viscosa y luego quedaron fosilizados hace millones de años. Así, distintos depósitos de ámbar por todo el mundo y con diferentes tipos o composiciones químicas de ámbar han demostrado ser de gran valor para la reconstrucción de los ecosistemas y la vida prehistórica.
Y según señalan los autores de la investigación, este material podría convertirse asimismo en un modelo de gran utilidad para esclarecer muchos otros rompecabezas que continúan marcando las investigaciones de la física del estado vítreo, mucho más desconocida y debatida que la referente al estado cristalino.
Para la física y la química, el ámbar es un ejemplo único de un vidrio que ha envejecido durante mucho tiempo por debajo de su temperatura de transición vítrea, alcanzando así un estado que no es accesible en condiciones experimentales normales.
Tomás Pérez-Castañeda, Rafael J. Jiménez-Riobóo y Miguel A. Ramos. Two-Level Systems and Boson Peak Remain Stable in 110-Million-Year-Old Amber Glass. Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.165901