p Muitas substâncias ao nosso redor, de sal de cozinha e açúcar à maioria dos metais, são organizados em cristais. Como suas moléculas são dispostas em ordem, padrão repetitivo, muito se sabe sobre sua estrutura. p Contudo, um número muito maior de substâncias, incluindo borracha, vidro e a maioria dos líquidos - falta essa ordem fundamental por toda parte, tornando difícil determinar sua estrutura molecular. A data, a compreensão dessas substâncias amorfas baseou-se quase inteiramente em modelos teóricos e experimentos indiretos.

p Uma equipe de pesquisa liderada pela UCLA está mudando isso. Usando um método que desenvolveram para mapear a estrutura atômica em três dimensões, os cientistas observaram diretamente como os átomos são embalados em amostras de materiais amorfos. As evidências, publicado hoje em Materiais da Natureza , pode forçar uma reescrita do modelo convencional e informar o projeto de futuros materiais e dispositivos que usam essas substâncias.

p "Acreditamos que este estudo terá um impacto muito importante na compreensão futura de sólidos e líquidos amorfos - que estão entre as substâncias mais abundantes na Terra, "disse o autor sênior do estudo, Jianwei "John" Miao, professor de física e astronomia da UCLA e membro do California NanoSystems Institute da UCLA. "Compreender as estruturas fundamentais pode levar a avanços dramáticos na tecnologia."

p Começando em 1952 com o trabalho do físico britânico Frederick Charles Frank, o entendimento científico prevalecente é que átomos e moléculas em um líquido ou sólido amorfo geralmente se encaixam em grupos de 13. O modelo afirma que eles são configurados com um átomo central ou molécula rodeada pelos outros 12 - dois anéis de cinco em torno do centro partícula, com outro cobrindo a parte superior e outro cobrindo a parte inferior.

p Para modelar como aglomerados de átomos ou moléculas podem se encaixar em escalas maiores, cientistas conceituam este grupo de 13 como uma forma 3D, tratando cada partícula externa como um canto e conectando os pontos, resultando em um sólido com 20 faces triangulares, chamado de icosaedro, uma forma familiar a qualquer jogador de Dungeons &Dragons na forma de um dado de 20 lados.

p Miao e seus colegas encontraram algo diferente, no entanto.

p A equipe analisou três objetos metálicos amorfos usando tomografia eletrônica atômica. Este método de imagem poderoso irradia elétrons em uma amostra e mede os elétrons conforme eles passam, capturar dados várias vezes conforme a amostra é girada para que algoritmos de computador possam construir uma imagem 3D.

p Os pesquisadores descobriram que apenas uma fração muito pequena dos átomos formava grupos icosaédricos de 13. Em vez disso, o arranjo mais comumente visto era grupos de sete, com cinco em uma camada central, um em cima, um na parte inferior e nenhum átomo central - uma forma que os pesquisadores descrevem como uma bipirâmide pentagonal, tendo 10 faces triangulares. Eles também observaram que essas bipiramides pentagonais formaram redes nas quais as bordas eram frequentemente compartilhadas.

p "Desde o artigo de Frank, a comunidade científica acredita que a ordem icosaédrica é o motivo estrutural mais importante em líquidos ou sólidos amorfos, "Miao disse." Mas até agora, ninguém mais foi capaz de mapear a posição de todos os átomos e verificar. Descobrimos que a bipirâmide pentagonal é o motivo mais prevalente. A natureza parece preferir combinar em sete. "

p A predominância dessa combinação foi consistente nas amostras estudadas pelos pesquisadores, quem, para simplificar, materiais selecionados que existem como átomos individuais em sua escala fundamental. Os materiais examinados eram uma película fina feita de tântalo, que é um metal raro usado para componentes eletrônicos, e duas nanopartículas feitas de paládio, um metal importante para os conversores catalíticos que tornam o escapamento de automóveis menos tóxico.

p A equipe também usou seus dados experimentais como base para uma simulação de computador do que acontece quando o tântalo é derretido e depois resfriado rapidamente para que os cristais não se formem, resultando no que é chamado de vidro metálico. Na simulação, os átomos de tântalo similarmente empacotados em redes de bipiramidas pentagonais com mais freqüência do que qualquer outra forma, tanto como um líquido quanto como um copo.

p Essas descobertas podem levar a uma reconsideração de certos aspectos do modelo físico da ciência para o mundo que nos rodeia. E porque os materiais amorfos são integrados em certos semicondutores e vários dispositivos, incluindo painéis solares, esta pesquisa pode ser um passo inicial para substituir a tentativa e erro por um design intencional onde esses materiais estão envolvidos.

p "Este trabalho, junto com nosso recente artigo da Nature sobre materiais não cristalinos, pode ser comparável em influência à primeira vez que a ciência revelou a estrutura atômica 3D dos cristais de sal há mais de um século, "Miao disse.