Jonathan Fernando Gebbia defiende su tesis sobre el estudio de las anomalías presentes en los vidrios a baja temperatura en cristales moleculares

Uno de los problemas de la física más complejos y no resueltos es el de la transición vítrea, en el que el estado resultante, el vidrio, manifiesta propiedades únicas y anómalas. En la transición se produce un fenómeno de congelación cinética donde un sistema de muchas partículas en un estado de equilibrio desordenado, pero ergódico, transforma a un estado de no equilibrio, no ergódico, con propiedades mecánicas similares a las de un sólido cristalino. El caso de los vidrios estructurales representa el paradigma por excelencia de estos sistemas. Este estado se consigue cuando un líquido molecular o atómico es subenfriado por debajo de su temperatura de cristalización, donde el enfriamiento (o aumento de presión) produce una divergencia de la viscosidad y de los tiempos característicos de relajación. Sin embargo, éstos no son los únicos sistemas que pueden dar lugar a un estado vítreo. De hecho, cualquier sistema desordenado que presente una dinámica interna puede ser, en principio, subenfriado hasta alcanzar un estado no ergódico con desorden ``congelado''. La fase resultante puede ser considerada un tipo de vidrio, dado su carácter no ergódico. Estos sistemas manifiestan una serie de características anómalas en comparación con las de un sólido cristalino. Estas anomalías, consideradas hasta el presente como huellas características, y, por lo tanto, universales de los vidrios incluyen el famoso pico bosónico presente en el calor específico a bajas temperaturas (y también en la densidad de estados vibracional a bajas energías), una dependencia lineal con la temperatura por debajo de 1-2 K en el calor específico, y una reducción drástica en la conductividad térmica respecto al estado homólogo cristalino por debajo de 100 K. A pesar de los intentos de los últimos 50 años para encontrar una explicación universal de estas características anómalas de los vidrios, sus orígenes fundamentales son aún un tema de debate.

En esta tesis nos hemos centrado en el estudio de estas anomalías de los vidrios moleculares formados a partir de fases traslacionalmente ordenadas, pero orientacionalmente desordenadas, donde la dinámica de reorientación molecular se ve ``congelada'' bajo ciertas condiciones, por ejemplo, un enfriamiento rápido. El estado vítreo resultante es, por tanto, un vidrio orientacional. Los sistemas orientacionalmente desordenados presentados en este trabajo son, de hecho, fases cristalinas de moléculas rígidas, cuyas simetrías de red imponen restricciones en las orientaciones moleculares, produciendo un desorden estadístico y controlado en el sistema. Estos casos se han escogido por la fuerte reducción de la complejidad del vidrio resultante en comparación con los vidrios estructurales, debido a la existencia de un orden traslacional. De esta manera, se pretende ahondar en el origen de las anomalías de baja temperatura en el calor específico (y de baja energía en la densidad de estados vibracional) y la relevancia del desorden sobre estas magnitudes.

Los materiales escogidos para este estudio son principalmente sistemas moleculares aislantes de naturaleza diversa como: la familia de halometanos CBr_nCl_4-n con n=0,1,2, dos derivados del adamantano, los compuestos 2-adamantanona y 1-fluoro-adamantano, y tres sólidos de moléculas planares, el tiofeno (normal y deuterado), el paracloronitrobenceno y el pentacloronitrobenceno.

En todos estos sistemas se ha encontrado un denominador común: la presencia de excitaciones ópticas de baja energía donde las moléculas rígidas exhiben movimientos oscilatorios de tipo roto-traslacional acoplados a ondas de tipo acústico. Este fenómeno induce un exceso de estados vibracionales que dan lugar a la aparición del pico bosónico, independientemente del carácter ordenado o desordenado de la fase estudiada. Además, se discute la anarmonicidad de estos modos de vibración y su influencia en el pico bosónico y en la anomalía presente en el calor específico por debajo de 1-2 K.