Una nuova tecnica che sfrutta la luce monocromatica sta rivoluzionando lo studio delle strutture interne dei materiali soggetti alla diffusione luminosa, consentendo un’analisi dettagliata delle concentrazioni di particelle. Per comprendere meglio l’importanza di questa innovazione, possiamo fare un parallelo con la guida in condizioni nebbiose: i fari dell’auto, a causa della dispersione della luce provocata dalle particelle d’acqua sospese nell’aria, offrono solo una visuale limitata. Lo stesso principio si applica quando si cerca di esaminare l’interno di una goccia di latte nell’acqua o la struttura di un gioiello di opale con luce bianca, dove gli effetti multipli di diffusione luminosa rendono difficile l’osservazione dettagliata.
Recentemente, un team di ricercatori provenienti dall’Università Johannes Gutenberg di Magonza (JGU) e dall’Università Heinrich Heine di Düsseldorf (HHU) ha affrontato questa sfida sviluppando un metodo innovativo per analizzare l’interno di una goccia cristallina. Questo approccio si basa sull’utilizzo di illuminazione monocromatica, che rivela dettagli altrimenti inaccessibili. Ad esempio, quando si inserisce una goccia di inchiostro nell’acqua, le particelle di inchiostro si disperdono gradualmente per diffusione, ma il comportamento è diverso se le particelle sono fortemente repulsive tra loro, come nel caso di materiali esotici come il plasma polveroso.
Finora, le misurazioni tridimensionali di gocce composte da particelle repulsive sospese in un liquido sono state un’impresa fallimentare. Tuttavia, i ricercatori hanno sviluppato un metodo che utilizza strumenti di laboratorio semplici per indagare su queste situazioni in cui la luce bianca non può penetrare e l’uso dei raggi X non è appropriato. Sfruttando il fatto che il colore della luce dispersa dipende dalla concentrazione locale delle particelle, il team ha dimostrato che le regioni con diverse concentrazioni di particelle appaiono in colori diversi, con una maggiore evidenza in materiali cristallini.
Il Professor Palberg della JGU ha spiegato che, grazie all’illuminazione sequenziale con diverse luci monocromatiche, è possibile individuare con precisione da dove proviene la luce dispersa all’interno della goccia, consentendo un’analisi dettagliata delle concentrazioni di particelle. Questo approccio innovativo consente di esaminare con alta risoluzione spaziale e temporale il profilo di densità di gocce cristalline e altri materiali nuvolosi, aprendo nuove prospettive di ricerca e applicazioni pratiche.
Un esempio concreto dell’applicazione di questa tecnica è stato lo studio delle gocce di una sospensione composta da sfere di polimero ugualmente cariche e repulsive sospese in acqua. Queste particelle interagiscono in modo così intenso che la sospensione non diluita forma un materiale policristallino simile a un opale, con una diffusione luminosa molto marcata. Tuttavia, quando una goccia di questa sospensione viene posta in acqua, inizia un processo di espansione complesso e dinamico, che ha sorpreso i ricercatori per la sua natura non lineare.
Questo studio, pubblicato sulla rivista Soft Matter, ha dimostrato la validità della modellazione teorica del profilo di densità basata sulla teoria funzionale della densità dinamica, evidenziando una correlazione promettente tra i risultati sperimentali e la modellazione. La capacità predittiva di questa teoria è stata confermata anche nella previsione dell’espansione massima della goccia cristallina, sottolineando l’importanza di un approccio interdisciplinare per comprendere i processi complessi che regolano il comportamento dei materiali colloidali.
Il team di ricerca ha annunciato l’intenzione di approfondire ulteriormente le indagini, esplorando come variazioni nel livello di repulsione delle particelle possano influenzare il profilo di densità e la dinamica di espansione delle gocce, aprendo nuove prospettive per la comprensione e la manipolazione di materiali colloidali complessi.
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