PELA PRIMEIRA VEZ, OS CIENTISTAS MEDIRAM A FORÇA MISTERIOSA QUE FAZ OS CRISTAIS ALINHAREM.

Cristais tem uma força própria.

Os cristais estão entre as estruturas as mais fascinantes no mundo natural – não somente têm uma estrutura original, altamente requisitada, e repetida da estrutura, igualmente têm todos os tipos de propriedades inerentes, interessantes, incluindo a habilidade de auto-montagem.

Quando colocados um ao lado do outro, os cristais minúsculos torcerãoestalarão no alinhamento, e baterão em si para dar forma cristais maiores, e pela primeira vez, os cientistas visualizaram e mediram a força que isto se torna possível.

Usando uma nova técnica de visualização, a equipe mostrou que a força que governa os cristais é um tipo de força de van der Waals, uma atração quântica que não depende de ligações químicas (como as ligações covalentes que mantêm as moléculas juntas).

É o mesmo tipo de força que permite que os pés de lagartixas se agarrem às paredes e tetos – e agora os cientistas mostraram que ela também trabalha para torcer e fundir os cristais juntos, permitindo que eles fiquem maiores.

Embora muitas estruturas de cristal são em forma de cubos, eles geralmente têm vários lados e formas diferentes, alguns dos quais combinam bem juntos, e alguns não.

Quando os lados se encaixam, os cristais podem se fundir perfeitamente. Há muito tempo se suspeita que os cristais podem se auto-alinhar para facilitar isso – mas ninguém jamais conseguiu visualizar ou medir como isso aconteceu, até agora.

Saber como isso funciona é importante, porque essa força atrativa é a chave para os cristais auto-reunidos na natureza para formar tudo, desde rochas e conchas, até nossos próprios ossos.

Mas também é crucial para os cientistas que querem usar cristais para projetar novos materiais.

“É provocativo no sentido de que a partir desses tipos de medições pode-se construir um modelo de montagem em 3-D, com partículas ligadas umas às outras de forma seleta como tijolos de lego”, disse o pesquisador principal Kevin Rosso, do Departamento de Energia dos EUA do Pacífico Laboratório Nacional Noroeste.

“Cristais estão em toda parte na natureza, e este trabalho nos ajudará a tirar proveito dessas forças quando nós projetar novos materiais”.

Para estudar a força que traz os cristais em linha, os pesquisadores combinaram um microscópio eletrônico de transmissão ambiental (ETEM) com a tecnologia chamada ‘nanocristal force probes’, que basicamente lhes permitiu manipular e ver os cristais interagir em tempo real.

Usando este set-up, eles usaram dois minúsculos cristais de óxido de titânio até 1.000 vezes mais fino do que um cabelo humano, colocá-os juntos e torceram-os em diferentes ângulos, e depois assistiram para ver como eles se combinavam ao microscópio.

equipe compara o que eles viram para tirar dois ímãs e movê-los um para o outro, mas em uma escala muito, muito menor. Quando os ímãs estão próximos o suficiente para que a força atraente supera o esforço de mantê-los separados, eles vão saltar juntos.

A equipe também tentou puxar os cristais separados com e sem torcer para medir quanta força que levou.

Essas medições permitiram aos pesquisadores caracterizar a força que bloqueia esses cristais juntos em detalhes pela primeira vez, concluindo que a atração era mais baixa que as forças de van der Waals.

As forças de Van der Waals são as mais fracas das forças fracas da química física e são resultado das atrações mecânicas quânticas entre as partículas, em vez da atração química elétrica regular entre partículas positivas e negativas.

Elas foram bastante bem estudadas, apesar do fato de trabalharem com base na estranha ciência da mecânica quântica (como Neils Bohr disse uma vez, “Qualquer um que não está chocado com a teoria quântica não a entendeu“).

Mas esta nova descoberta realmente confirma pela primeira vez uma previsão sobre as forças de van der Waals feitas nos anos 70 – que a força atrativa depende da forma como os cristais são girados em relação uns aos outros (imagine torcer uma baguette para puxar um pedaço do pão).

“Esta é a primeira medida e prova de que a força depende de como os cristais são girados em relação uns aos outros, o que chamamos rotacionalmente dependente”, disse Rosso.

“Se eles são rotacionalmente dependentes, isso implica que esta força irá contribuir para o alinhamento de cristais livres que colisões juntas em um ambiente líquido, por exemplo, aumentando a taxa de êxito de aderência”.

Agora que os pesquisadores têm uma ideia da força que atrai estes cristais de óxido de titânio em conjunto, também permite que eles prevejam as forças atraentes para os cristais feitos de diferentes materiais, como o carbonato de cálcio encontrado em cristais de conchas.

Poderia também ajudá-los a construir novos materiais baseados em cristais no futuro, o que poderia ser extremamente útil para novas tecnologias.

Mas temos certeza de que vai demorar um pouco até que alguém comece a brincar com a atração de cristais de tempo, que são bastante estranhos por conta própria.

A pesquisa foi publicada na revista Science.

Fonte: Science Alert

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