Materiais Avançados

Criada uma nova classe de sólidos cristalinos

Criada uma nova classe de sólidos cristalinos
As estruturas que surgem no vidro se parecem com redes presentes em biominerais, que os pesquisadores agora planejam reproduzir. [Imagem: D. Savytskii, H. Jain, N. Tamura & V. Dierolf]

Cristais de rede única rotativa

Químicos da Universidade Lehigh e do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos EUA, descobriram como fabricar o que eles chamam de uma nova classe de sólido cristalino.

Eles usaram uma técnica de aquecimento a laser que força os átomos a se organizarem em uma malha rotativa, sem afetar a forma macroscópica do sólido - o sólido muda por dentro.

Ao controlar a rotação da rede cristalina, é possível produzir um novo tipo de cristal sintético e novos materiais bioinspirados, que imitam a estrutura de biominerais especiais e suas interessantes propriedades eletrônicas e ópticas.

O desenvolvimento dos "cristais de rede única rotativa" (RLS: Rotating Lattice Single) é um desdobramento de uma descoberta divulgada em Março pelo mesmo grupo, que demonstrou pela primeira vez que um único cristal poderia ser cultivado a partir do vidro sem derreter o vidro.

Ordem no vidro

Em um cristal sólido típico, os átomos são dispostos em uma estrutura tridimensional periódica chamada rede cristalina, que se repete regularmente. Quando visto de qualquer ângulo - da esquerda para a direita, de cima para baixo, de frente para trás - a periodicidade específica do cristal torna-se evidente.

O vidro, por sua vez, é um material amorfo, com uma estrutura atômica desordenada e não-periódica. O que a equipe conseguiu fazer foi organizar núcleos de átomos dentro da estrutura amorfa do vidro, de forma a criar uma estrutura cristalina que se apresenta em formas circulares.

"Os átomos querem se arranjar em uma linha reta, mas o vidro circundante não permite isso", explica Himanshu Jain, membro da equipe. "Em vez disso, o vidro, sendo completamente sólido, força a configuração dos átomos a se dobrar. Os átomos se movem e tentam se organizar em uma malha cristalina, idealmente em um único cristal perfeito, mas eles não podem porque o vidro impede que o cristal perfeito se forme. E obriga os átomos a se organizarem em uma rede rotacional. A beleza é que a rotação ocorre suavemente na escala micrométrica."

Novos materiais

A técnica de aquecimento a laser é muito precisa e muito localizada, gerando apenas um movimento limitado dos átomos, permitindo que se controle como a estrutura atômica vai girar e, assim, produzir materiais com as características desejadas.

As redes rotativas já foram observadas em certos biominerais encontrados no oceano e pode também ocorrer em uma escala muito pequena em alguns minerais naturais como as esferulitas - algo que os pesquisadores agora planejam reproduzir.

A equipe também pretende usar a técnica para criar materiais específicos, que apresentem propriedades ópticas e eletrônicas não encontradas em nenhum material disponível para a tecnologia.

Bibliografia:

Rotating lattice single crystal architecture on the surface of glass
Dmytro Savytskii, Himanshu Jain, Nobumichi Tamura, Volkmar Dierolf
Nature Scientific Reports
Vol.: 6, Article number: 36449
DOI: 10.1038/srep36449




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