Cientistas Vibraram uma Caixa de Partículas e Elas Formaram um Estranho Novo Material
Um grupo de físicos da Universidade de Paris-Saclay, na França, fez uma descoberta inovadora ao observar pequenas esferas metálicas em uma bandeja rasa. As esferas exibiram uma disposição de partículas que anteriormente era considerada impossível. Essa combinação única de ordem e caos é conhecida como “quasicristal”, e emergiu espontaneamente em um material granular em uma escala de milímetros, marcando a primeira observação desse fenômeno.
Cristais são conhecidos por sua elegância e atração, representando a beleza na ordem. Em contraste, os quasicristais foram considerados por muito tempo inexistentes e eram vistos como os parentes menos desejáveis dos cristais.
No entanto, no início dos anos 1980, uma análise de uma liga de alumínio e manganês revelou características distintas de um material ordenado que não possuía os padrões periódicos infinitos encontrados em cristais. Esse material foi chamado de “pseudo-cristal”, pois desafiava as restrições de simetria presumidas para governar a disposição de átomos em substâncias solidificadas, como cristais ou estruturas desordenadas.
Desde então, quasicristais foram descobertos em diversos ambientes, desde laboratórios até ambientes naturais. Embora ainda relativamente incomuns, essa estrutura não é tão proibida como os físicos acreditavam, pois pode se formar espontaneamente a partir de partículas em diferentes escalas, mesmo com um simples movimento de agitação.
Essa observação intrigante levanta questões sobre as limitações impostas pelo tamanho das partículas e as condições necessárias para que os materiais se auto-organizem em um padrão de quasicristal.
Para explorar isso ainda mais, os físicos realizaram simulações por computador para identificar a relação entre o tamanho das esferas e a proporção de partículas pequenas e grandes. Com base nessas simulações, eles criaram um experimento usando 3.840 esferas de aço não magnético de dois diâmetros diferentes: uma ligeiramente inferior a 2,4 milímetros e outra metade desse tamanho. As esferas foram colocadas em um recipiente raso e submetidas a vibrações a uma taxa de 120 vezes por segundo. A agitação foi filmada usando um dispositivo que captura os arranjos bidimensionais das partículas.
Após uma semana de agitação, os pesquisadores observaram pequenas configurações localizadas de pequenas e grandes contas de metal, que se formaram rapidamente devido ao empacotamento local eficiente. No entanto, para obter alinhamento global, eram necessárias rearrumações coletivas raras.
Surpreendentemente, a equipe descobriu que os quasicristais se formaram de maneiras semelhantes tanto em sistemas de escala atômica quanto em sistemas de escala de milímetros. Essa descoberta inesperada contradisse as expectativas iniciais. Giuseppe Foffi, autor sênior do estudo e físico teórico, revelou que o experimento surgiu de uma aposta com um colega que duvidava de seu sucesso.
Os pesquisadores enfatizaram a importância de seus achados, que foram detalhados em um relatório disponível no servidor de pré-impressão arXiv.com. Eles observaram que os quasicristais, com sua simetria única e padrões não convencionais em longas distâncias, podem ter diversas aplicações em áreas como isolamento e eletrônica. Embora possam não ter a estética perfeita dos cristais, os quasicristais possuem seu próprio charme distintivo. [ScienceAlert]
