Cientistas vibraram uma caixa de partículas e formaram um novo material estranho: WebCuriosos

Imagens de milhares de minúsculas esferas de metal balançando em uma bandeja rasa revelaram um arranjo de partículas antes considerado impossível.

Uma equipe de físicos da Universidade de Paris-Saclay, na França, observou pela primeira vez uma combinação incomum de ordem e caos conhecida como “quasicristal” emergindo espontaneamente em um material granular em escala milimétrica.

Se há beleza na ordem, os cristais são a própria manifestação de elegância e atração.

Os quasicristais, por outro lado, são os irmãos estranhos que os cientistas negaram existir por muito tempo.

Então, no início da década de 1980uma análise de uma liga de alumínio e manganês revelou as características inegáveis ​​de um material ordenado que carecia dos infinitos padrões periódicos de um cristal.

Era um pseudocristal… um material que quebra as regras de simetria que se pensava restringir o arranjo solidificado dos átomos como cristais ou bagunças confusas.

Desde então, quasicristais surgiram em vários lugares – do laboratório ao campo e aos céus. Embora ainda longe de ser comum, é uma estrutura que não é tão proibida como os físicos pensavam, formando-se espontaneamente a partir de partículas em uma variedade de escalas, inclusive entre objetos facilmente reorganizados com um movimento.

Isto levanta algumas questões interessantes sobre os limites do tamanho das partículas e as condições sob as quais os tipos certos de material podem auto-organizar-se num padrão quasicristal.

Começando com simulações de computador, os pesquisadores identificaram uma relação entre tamanhos de esferas e uma proporção de partículas pequenas para grandes, formando uma mistura que poderia potencialmente cair em arranjos que refletem uma simetria quasicristalina de longo alcance.

Isso foi usado como base para um experimento que combinou 3.840 esferas de aço não magnéticas de dois diâmetros diferentes – uma com pouco menos de 2,4 milímetros e a outra metade desse tamanho – em um recipiente raso.

Definido para vibrar a uma taxa de 120 vezes por segundo, havia pouco mais a fazer além de filmar o tremor usando uma configuração que mapeia os arranjos 2D das partículas.

Depois de uma semana de empurrões, os pesquisadores tiveram uma boa noção da aparência de configurações pequenas e localizadas de pequenas e grandes esferas de metal, e da maneira como essas “ladrilhos” se repetiam ao longo do tempo e em todo o recipiente.

“Parece surgir uma imagem interessante”, observam os pesquisadores em seu relatório, que está atualmente no servidor de pré-impressão. arXiv.comaguardando revisão por pares.

“Os ladrilhos com as formas desejadas formam-se muito rapidamente, provavelmente como consequência do seu eficiente empacotamento local. No entanto, o alinhamento global requer muito mais rearranjos coletivos que parecem ser eventos raros.”

Encontrar quasicristais se formam de maneiras semelhantes em sistemas pequenos, em escala atômica, e em sistemas mais granulares, em escala milimétrica, é algo que a equipe não esperava. Na verdade, segundo o autor sênior do estudo, o físico teórico Giuseppe Foffi, todo o experimento começou como uma espécie de aposta.

“Isso nasceu de uma aposta com um colega que disse que não ia dar certo, mas eu disse por que não tentar, pode ser interessante”, Foffi contado Novo Cientista Karmela Padavic-Callaghan.

Com sua simetria incomum e padrões peculiares em longas distâncias, os quasicristais poderia ter uma variedade de aplicações em isolamento e eletrônica.

Eles podem não ter a aparência perfeita de um cristal, mas o irmão estranho definitivamente tem um charme próprio.

Esta pesquisa foi publicada em arXiv.