Observada fase exótica da matéria, híbrida entre sólido e líquido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/12/2025

Esta é a plataforma de aquecimento e fusão, que permitiu realizar estudos controlados em altas temperaturas no vácuo do microscópio.
[Imagem: Jani Kotakoski]

Fase hexática

Cientistas obtiveram a primeira prova experimental de que materiais bidimensionais ultrafinos podem assumir um estado intermediário entre o sólido e o líquido.

Quando o gelo derrete e se transforma em água, o processo é rápido, com a transição do estado sólido para o líquido sendo virtualmente imediata. No entanto, materiais muito finos, ou 2D, formados por uma única ou poucas camadas atômicas, não seguem essa regra. Em vez disso, os cientistas previam o surgimento de um estado incomum entre as fases sólida e líquida: Uma fase batizada de hexática.

Thuy Bui e colegas da Universidade de Viena, na Áustria, conseguiram agora pela primeira vez observar diretamente essa fase exótica - ou hexática - em um cristal ultrafino.

Utilizando microscopia eletrônica de última geração e redes neurais para analisar as observações, eles filmaram um cristal de iodeto de prata (AgI), protegido entre camadas de grafeno, enquanto ele derretia. O fato de lidarem com materiais bidimensionais ultrafinos permitiu que os pesquisadores observassem diretamente o processo de fusão em escala atômica.

Surpreendentemente, os resultados contradizem as previsões teóricas, o que deverá contribuir significativamente para aumentar a compreensão da ciência sobre as transições de fase.

Ilustração artística de um cristal de iodeto de prata à medida que se aproxima de sua temperatura de fusão.
[Imagem: Thuy An Bui/David Lamprecht/Kimmo Mustonen]

Fusão em materiais bidimensionais

Voltando à comparação com o derretimento do gelo, a transição de sólido para líquido é muito rápida: Assim que a temperatura de fusão é atingida, a estrutura sólida e ordenada do gelo se transforma abruptamente em água líquida, cuja estrutura é desordenada. Essa transição repentina é típica do comportamento de fusão de todos os materiais tridimensionais, desde metais e minerais até bebidas congeladas.

No entanto, quando qualquer um desses materiais é reduzido a uma espessura tão fina que fica praticamente bidimensional, as regras de fusão mudam drasticamente, emergindo uma nova fase intermediária da matéria, conhecida como fase hexática, um híbrido entre as fases sólida e líquida. Prevista pela primeira vez na década de 1970, essa fase hexática faz o material se comportar como um líquido, no qual as distâncias entre as partículas são irregulares, mas, em certa medida, também como um sólido, já que os ângulos entre as partículas permanecem relativamente bem definidos.

A fase hexática emergiu no sanduíche de iodeto de prata e grafeno em uma estreita janela de temperatura, aproximadamente 25 ºC abaixo do ponto de fusão do iodeto de prata - o material estava sob pressão entre as duas camadas de grafeno.

A inteligência artificial foi essencial para permitir a análise das observações em escala atômica.
[Imagem: Thuy An Bui et al. - 10.1126/science.adv7915]

Duas transições de fase assimétricas

Mas nem tudo saiu como as teorias previam.

A expectativa era que as transições do estado sólido para o hexático e do hexático para o líquido seriam contínuas. No entanto, as observações mostraram que, embora a transição do sólido para o hexático tenha sido de fato contínua, a transição do hexático para o líquido foi abrupta, semelhante ao derretimento do gelo em água.

"Isso sugere que o derretimento em cristais covalentes bidimensionais é muito mais complexo do que se pensava anteriormente," comentou o professor David Lamprecht.

Os teóricos agora poderão se valer dos dados observacionais, que serão eventualmente enriquecidos com a observação de outros materiais, para refinar as teorias, aprofundando nossa compreensão da fusão dos materiais bidimensionais, que têm-se tornado tão importantes em inúmeras áreas de pesquisa e de aplicações tecnológicas.

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