Uma equipe de cientistas da Universidade Waseda em Tóquio e da Rigaku Corporation descobriu um novo tipo de transição de fase estrutural de cristal orgânico, chamada transição de fase foto-disparada. Hideko Koshima, professor visitante da Organização de Pesquisa para Nano &Life Innovation de Waseda e principal autor do estudo, diz, "Os mecanismos de transição de fase são amplamente usados ​​na memória, trocar, e materiais de atuação, e acreditamos que esta descoberta de uma nova transição de fase tem potencial tanto para a ciência básica quanto para os campos de aplicação. "

Seu estudo foi publicado em Química da Comunicação em 20 de fevereiro, 2019.

Induzido por estímulos externos, como temperatura, pressão, campos eletromagnéticos e luz, uma transição de fase estrutural é um fenômeno que altera as propriedades físicas e funções dos materiais de estado sólido. Por exemplo, ligas com memória de forma, que têm aplicações em robótica e automotiva, indústrias aeroespacial e biomédica, recuperam sua forma com o aquecimento devido às transições martensíticas. Nos últimos anos, Cristais orgânicos têm sido considerados candidatos como materiais para atuadores de próxima geração devido à sua suavidade e leveza.

Antes deste estudo, a equipe relatou um cristal mecânico que se dobra com a exposição à luz, bem como um cristal robótico que 'anda e rola' quando aquecido e resfriado. A atuação desses cristais pode ser explicada respectivamente por uma reação fotocrômica, conhecido como fotoisomerização, e transição de fase estrutural. Para diversificar os movimentos de tais cristais, os cientistas têm procurado cristais orgânicos que exibam os dois fenômenos.

Encontrar esses cristais não é uma tarefa fácil, exigindo tentativa e erro. Contudo, quando a equipe estava estudando o cristal fotocrômico quiral de salicilidenamina, não apenas descobriram que exibe ambos os fenômenos, mas também descobriu a nova transição de fase estrutural. "Nós acidentalmente tropeçamos na transição de fase foto-disparada do cristal quiral salicilidenamina fotocrômico, que exibe uma transição de fase térmica que é reversível mediante aquecimento e resfriamento, "explica o professor Koshima." Ao irradiar este cristal com luz ultravioleta a -50 graus C, uma temperatura inferior à sua temperatura de transição térmica (40 graus C), descobrimos, a partir de uma análise cristalográfica de raios-X, que o cristal passa por uma transformação idêntica à de uma transição de fase térmica. "

A equipe também aprendeu que a transição de fase foto-disparada ocorre por causa da cepa de moléculas produzidas pela fotoisomerização, e Koshima acrescenta que a transição de fase foto-disparada difere de uma transição de fase foto-induzida, que apareceu em outras publicações. "A fase de cristal devido à transição de fase foto-induzida aparece apenas por irradiação de luz, que muda as propriedades elétricas e / ou magnéticas dos cristais em femto- ou picossegundos. Na transição de fase foto-disparada, a fase do cristal desencadeada pela luz é idêntica àquela via transição de fase térmica, induzido por aquecimento, mas único no que diz respeito à sua conformação molecular, " ela diz.

Como a transição de fase foto-disparada é induzida por irradiação de luz e não requer aquecimento e resfriamento para que a transição de fase estrutural ocorra, as descobertas da equipe podem 'levar a uma nova estratégia para ampliar a aplicabilidade de sólidos fotorresponsivos' e contribuir para a pesquisa e o desenvolvimento de sensores de próxima geração, trocando, memória, e atuadores que permitem o controle remoto e / ou operação local por luz.

A equipe agora está planejando medir e avaliar quantitativamente a magnitude da deformação do cristal causada pela fotoisomerização, investigar sistematicamente se a transição de fase foto-disparada ocorre em outros cristais usando informática de materiais, e esclarecer suas condições.