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Super cristal, o novo estado da matéria construído com ajuda de lasers

POR Cristyele Oliveira    EM Ciência e Tecnologia      22/03/19 às 15h03

Pesquisadores da Pennsylvania State University e do Argonne National Laboratory conseguiram um feito nunca alçando antes. Eles criaram um super cristal que representa um novo estado da matéria, o objeto é capaz de ficar estável por um longo período de tempo. Com a nova pesquisa, eles pretendem descobrir novos estados de matéria com propriedades incomuns que não existem em equilíbrio na natureza.

"Estamos procurando por estados ocultos da matéria, retirando a matéria do seu estado confortável, que chamamos de estado fundamental", explica Venkatraman Gopalan, professor de ciência dos materiais na Pennsylvania State University.

No entanto, encontrar esses novos estados de matéria não é uma tarefa simples, levando em consideração que manter o estado intermediário da matéria é um grande desafio. Eles podem existir apenas por uma pequena fração de segundos e depois sumir. Para isso, os pesquisadores descobriram que em temperatura ambiente, o super cristal fica estável.

O estado da matéria

Gopalan explica que esse processo é como uma bola de neve rolando por uma montanha, e que não vai parar até chegar ao solo, a menos é claro, que algum objeto o force a parar. Para conseguir isso, os pesquisadores "frustraram o sistema", não permitindo que o material realize a sua mudança inicial, para isso eles minimizaram a sua energia.

"Fazemos isso excitando os elétrons em um estado mais alto usando um fóton, e então observando enquanto o material retorna ao seu estado normal. A ideia é que, no estado excitado, ou em um estado que ele passa em um piscar de olhos no caminho para o estado fundamental, encontraremos propriedades que gostaríamos de ter, como novas formas de estados polar, magnético e eletrônico", disse Gopalan.

Para realizar o experimento, os cientistas utilizaram camadas atômicas únicas de dois materiais, titanato de chumbo e titanato de estrôncio. Eles foram empilhados em camadas alternadas umas sobre as outras para criar uma estrutura tridimensional. O titanato de chumbo é um ferroelétrico, um material polar que possui polarização elétrica, e que cria polos elétricos positivos e negativos no material. Por outro lado, o titanato de estrôncio não é um material ferroelétrico. Foi graças a essa incompatibilidade que forçou os vetores de polarização elétrica a seguirem um caminho não natural, curvando-se sobre si mesmos e assim criando vórtices.

Essas camadas foram criadas entre os dois materiais, sobre um substrato cujos cristais tinham um tamanho intermediário, erguendo mais uma barreira. Dessa forma, a camada de titanato de estrôncio tentou esticar para se adaptar à estrutura cristalina do substrato, enquanto o titanato de chumbo teve que se comprimir para se adaptar a ele. Esse processo colocou todo o sistema em um estado delicado, mas "frustrado", com múltiplas fases distribuídas aleatoriamente no volume.

O super cristal

A equipe atingiu o material com um laser que despeja cargas livres no material, acrescentando energia elétrica a mais para o sistema, levando-o para um novo estado da matéria, um super cristal. Essas estruturas possuem uma célula unitária - a unidade de repetição mais simples em um cristal - bem maior do que qualquer cristal inorgânico comum, com um volume um milhão de vezes maior do que as células unitárias dos dois materiais originais. O material encontra esse novo estado por conta própria.

Diferentemente dos estados transitórios, esse estado super cristalino se mantém em temperatura ambiente. No entanto, ele fica em risco quando aquecido a cerca de 350 graus Fahrenheit, aproximadamente 149°C.

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Via   Galileu  
Cristyele Oliveira
EQUIPE FATOS DESCONHECIDOS, BRASIL
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