Criada uma nova classe de sólidos cristalinos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/11/2016

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.

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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.

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