A notável força dos cristais iônicos é facilmente explicada na escala atômica:átomos carregados positiva e negativamente ficam lado a lado em um arranjo periódico que se repete. A forte força eletrostática intermediária os mantém juntos.

Mas o que acontece quando o padrão periódico chega a um fim abrupto? Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Viena quebraram cuidadosamente os cristais de tantalato de potássio em direções específicas, e imagens das superfícies resultantes usando um microscópio de força atômica de última geração. Seus dados foram combinados com cálculos realizados na Universidade de Viena, e uma série de fenômenos notáveis ​​foram finalmente explicados. Os resultados foram publicados em Ciência , e são potencialmente úteis para tecnologias como a produção de hidrogênio.

Os quadrados pretos e brancos em um tabuleiro de xadrez se alternam ao longo das linhas e colunas, e em um ângulo de canto a canto, eles aparecem como linhas pretas e brancas. Os quadrados pretos e brancos em duas dimensões se assemelham a um cristal em três dimensões:"Se alguém dividir um cristal cúbico ao longo de uma certa direção, pode-se acabar com apenas cargas positivas ou negativas na superfície. Tal situação seria altamente instável, "explica o Prof. Ulrike Diebold do Instituto de Física Aplicada da Universidade de Tecnologia de Viena. Um empilhamento de camadas puramente positivas e negativamente carregadas resultaria em um potencial de milhões de volts através da minúscula amostra - os cientistas chamam isso de" catástrofe polar. "Para evitar esta situação, os átomos devem se reorganizar. Mas como?

"Existem diferentes maneiras pelas quais uma superfície pode reagir quando dividimos um cristal, "diz Martin Setvin, primeiro autor da publicação. "Os elétrons podem se acumular em certos locais, a estrutura de cristal pode ficar distorcida, ou moléculas da atmosfera podem aderir à superfície, alterando suas propriedades. "

Via microscópio de tunelamento de varredura, é imediatamente óbvio que um cristal quebrado a uma temperatura muito baixa tem metade da camada carregada negativamente de um lado, e metade do outro. Como as ilhas negativas cobrem exatamente 50 por cento de cada superfície, a superfície é eletricamente neutra. "Ainda, a ilha é grande, então a catástrofe polar não é completamente evitada - o campo abaixo deles muda as propriedades físicas do material, "diz Setvin.

Estranhamente, aumentando ligeiramente a temperatura da superfície, as ilhas se separam e os átomos formam um labirinto de linhas irregulares. As "paredes" deste labirinto têm apenas um átomo de altura e quatro a cinco átomos de largura, e os cálculos mostram que esta é realmente uma configuração mais estável.

"As estruturas labirínticas não são apenas bonitas, mas também potencialmente úteis, "diz Diebold." Isso é exatamente o que você quer - estruturas minúsculas onde fortes campos elétricos ocorrem em escala atômica. "Pode-se usá-los, por exemplo, para permitir reações químicas que não ocorreriam por si mesmas, como a divisão da água, para produzir hidrogênio.

"Usar essas estranhas superfícies de cristal em tecnologia requer que entendamos o que se passa na escala atômica, "enfatiza Setvin." É por isso que a microscopia é tão importante para nós. Em imagens de alta resolução, podemos observar átomos individuais diretamente, observe como eles se movem, e finalmente entender o que a natureza tenta fazer. Talvez então, podemos descobrir como usá-lo. "