Ordem dentro da desordem explica estrutura de vidros e cerâmicas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/10/2025

Parece tudo bagunçado, mas há uma ordem escondida no caos da estrutura dos vidros, cerâmicas e outros materiais amorfos.
[Imagem: Emi Minamitani et al. - 10.1038/s41467-025-63424-z]

Onde ordem e desordem coexistem

A descoberta recente de padrões ordenados no caos comprovou na prática que ordem e desordem não são ilhas que nunca se tocam, mas regiões fronteiriças, onde coisas que desafiam o senso comum podem coexistir.

Agora, pesquisadores japoneses descobriram que o que se acreditava serem regiões caóticas na estrutura cristalina dos materiais, na verdade não apenas escondem regiões ordenadas, como também apresentam hierarquias, uma organização que vai da desordem local até essas inéditas "ordenações de longo alcance".

Emi Minamitani e seus colegas estavam tentando entender porque o vidro, as cerâmicas e outros materiais amorfos - materiais que não possuem uma estrutura cristalina ordenada, como os metais - deformam-se mais facilmente em algumas regiões do que em outras.

O que eles descobriram é que essas regiões mais macias são governadas por estruturas hierárquicas ocultas, onde arranjos atômicos ordenados e desordenados coexistem. A descoberta foi possível aplicando na análise do material um método matemático conhecido como homologia persistente, um ramo da análise de dados topológicos que captura características estruturais em múltiplas escalas.

Na sílica, um vidro de silício amplamente utilizado em células solares e dispositivos eletrônicos, a equipe descobriu estruturas de anéis hierárquicos: Anéis menores com comprimentos de borda irregulares ficam aninhados dentro de anéis maiores - uma autêntica ordem no caos, até agora escondida na aparente bagunça da estrutura atômica do vidro.

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Estruturas atômicas e diagramas de persistência correspondentes de modelos amorfos com ligações semelhantes ao silício.
[Imagem: Emi Minamitani et al. - 10.1038/s41467-025-63424-z]

Ordem dentro da desordem

Essa coexistência de ordem e desordem significa que a maciez localizada do vidro emerge não apenas da aleatoriedade, mas de restrições impostas pela ordem de médio alcance entrelaçada com a desordem local.

O estudo também revelou que essas estruturas hierárquicas se correlacionam fortemente com vibrações localizadas de baixa energia, uma característica universal dos vidros conhecida como "pico do bóson".

Na verdade, a equipe descobriu um princípio estrutural claro: Regiões mecanicamente macias surgem onde a desordem está inserida em uma ordem de médio alcance. Essa descoberta contraintuitiva fornece uma diretriz prática para o desenvolvimento de sólidos amorfos que sejam flexíveis e resistentes, beneficiando aplicações que vão desde telas e revestimentos até dispositivos de energia.

"Este trabalho fornece uma nova rota para vincular a estrutura atômica de materiais amorfos às suas respostas mecânicas," disse a professora Minamitani, da Universidade de Osaka. "Acreditamos que essas descobertas acelerarão o projeto de vidros duráveis e outros materiais amorfos avançados."

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