Cómo fabricar el vidrio ideal en dos dimensiones
Imagina enfriar un líquido tan deprisa que termina convirtiéndose en vidrio: un sólido cuyo interior permanece desordenado, a diferencia de las ordenadas redes cristalinas. En 1948, Walter Kauzmann advirtió un enigma fascinante. A medida que los líquidos se enfrían, su entropía —una medida del desorden— disminuye más rápidamente que en los cristales. Extrapolando este comportamiento, por debajo de cierta temperatura, un líquido sobreenfriado (un sólido sin regularidades internas) tendría menos entropía que el cristal (un sólido internamente regular), lo que implicaría la existencia de un «vidrio ideal»: un estado aparentemente desordenado, pero sin configuraciones alternativas posibles. Esto parecía imposible y dio lugar a la célebre paradoja de Kauzmann.
Un estudio reciente aborda este problema en dos dimensiones mediante simulaciones por ordenador de discos blandos (círculos capaces de solaparse ligeramente). Los investigadores desarrollaron un ingenioso método no térmico para construir un «empaquetamiento ideal atascado» a temperatura cero, es decir, el límite congelado de un vidrio ideal.
Partiendo de discos polidispersos colocados aleatoriamente —de distintos tamaños para impedir la cristalización— dentro de una caja cuadrada, minimizan la energía permitiendo que los radios se ajusten bajo restricciones que conservan la distribución global de tamaños. Esto genera redes casi completamente conectadas. Después imponen un grafo de contactos completamente triangulado, en el que todos los huecos quedan rellenados por triángulos, utilizando herramientas geométricas como el teorema del empaquetamiento de círculos y un sistema de restricciones lagrangianas.
El resultado es un empaquetamiento desordenado en el que cada disco toca, en promedio, a seis vecinos, sin huecos apreciables y con solapamientos mínimos.
Estos empaquetamientos alcanzan una densidad aproximada de 0,910, superior a la de los vidrios atascados convencionales (en torno a 0,849) e incluso ligeramente mayor que la de la red hexagonal ordenada (0,9069). Carecen de orden cristalino, como pone de manifiesto la rápida desaparición de las correlaciones orientacionales y la ausencia de orden traslacional de largo alcance. Sin embargo, se comportan mecánicamente como cristales: los módulos elásticos permanecen elevados y constantes incluso a presión nula, y sus vibraciones siguen la ley de Debye característica de los cristales, sin el característico «pico bosónico» que aparece en los vidrios ordinarios.
Además, presentan hiperuniformidad —es decir, las fluctuaciones de densidad desaparecen a grandes longitudes de onda— y funden a temperaturas sorprendentemente altas en comparación con los empaquetamientos habituales.
Al construir directamente este estado ideal, inaccesible por métodos térmicos, los investigadores resuelven la paradoja: un sistema amorfo puede alcanzar propiedades termodinámicas y mecánicas propias de un cristal sin poseer estructura cristalina alguna. En dos dimensiones, este avance proporciona una vía rápida para generar vidrios bien equilibrados y abre la puerta a una exploración completa del comportamiento vítreo y atascado.
Referencia:
Viola Bolton-Lum, R. Cameron Dennis, Peter Morse, and Eric Corwin (2026) Ideal Glass and Ideal Disk Packing in Two Dimensions Phys. Rev. Lett. doi:10.1103/vldy-r77w
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
