Esses grãos de sílica em formato hexagonal, quando suspenso em um cristal líquido, podem se assemelhar a elementos da tabela periódica. Crédito:laboratório Smalyukh
Em um futuro não tão distante, os pesquisadores podem construir átomos de acordo com suas especificações com o clique de um botão. Ainda é coisa de ficção científica, mas uma equipe da Universidade do Colorado em Boulder relata que está cada vez mais perto quando se trata de controlar e montar partículas chamadas "grandes átomos".
A nova pesquisa, que será publicado em 29 de maio em Natureza , centra-se em torno de partículas coloidais que, quando misturado com cristais líquidos, agem muito como os elementos da tabela periódica. Essas partículas dão aos físicos a oportunidade de sondar como o hidrogênio, o hélio e outros átomos se comportam e interagem sem a necessidade de diminuir o zoom para o nível atômico.
Ao expor os grandes átomos a diferentes tipos de luz, por exemplo, a equipe mostrou que poderia virar suas cargas com um toque de um botão. Em outras palavras, partículas que antes se atraíam agora se repelem.
"Porque temos muito controle, temos a capacidade de projetar como essas partículas se agrupam e quais propriedades elas têm, "disse Ivan Smalyukh, professor do Departamento de Física. "É como um kit de ferramentas de designer."
Esse kit de ferramentas de designer começa com um ingrediente simples:cristais líquidos.
Esses materiais, que fornecem imagens nítidas na tela do smartphone, são frequentemente constituídos por moléculas em arranjos organizados, como hastes que apontam para uma única direção.
Na última década ou assim, Contudo, os cientistas notaram algo estranho nesses materiais semelhantes a fluidos. Se você soltar partículas, como grãos microscópicos de sílica, em cristais líquidos, as moléculas que antes eram ordenadas se dobram e se comprimem para abrir espaço para as novas adições - um pouco como empurrar um atacante de futebol americano em um vagão de metrô já lotado.
E, notavelmente, a forma como esses cristais líquidos se dobram pode ser matematicamente análoga às estruturas das camadas de elétrons dos átomos.
"Como os cristais líquidos se dobram em torno das partículas é muito importante, "disse Smalyukh, também no Programa de Engenharia de Ciência de Materiais e Departamento de Elétrica, Computador, e Engenharia de Energia. "Quando você interrompe essas moléculas, custa energia, e essa energia impulsiona interações interessantes. "
Dobre as moléculas de cristal líquido da maneira certa e os pedaços de sílica vão tilintar uns nos outros como se fossem dois átomos se ligando, mas muito maior.
A exposição de grandes átomos a diferentes tipos de luz faz com que as moléculas de cristal líquido ao redor deles se dobrem de maneiras únicas. Crédito:laboratório Smalyukh
O problema, Smalyukh disse, é que até recentemente, os cientistas tinham muito pouco controle sobre essas interações de grandes átomos. Seu grupo tinha a solução.
Para fazer sua mistura coloidal única, Smalyukh e seus colegas usaram pedaços de sílica em forma de hexágonos para seus grandes átomos. Mas antes de colocar essas partículas em cristais líquidos, os pesquisadores os revestiram com um tipo de corante que gira quando exposto a diferentes tipos de luz.
Quando os pesquisadores expuseram sua mistura a um certo tipo de luz azul, as moléculas de cristal líquido se dobrariam em torno dos hexágonos seguindo um padrão. Use um tipo diferente de luz e eles se dobrariam de uma maneira totalmente diferente.
O grupo relatou que podiam mudar a carga efetiva de um átomo grande de positiva para negativa e vice-versa por um capricho.
"É quase como se você pudesse brilhar a luz e transformar matéria em antimatéria, "disse Ye Yuan, pesquisador de pós-doutorado em física e autor principal do novo estudo. Outros co-autores incluíram os pós-docs Qingkun Liu e Bohdan Senyuk.
E, Yuan disse, a equipe foi capaz de controlar essas interações usando uma lâmpada comum com um filtro - sem necessidade de lasers de alta potência.
"Em princípio, poderíamos ter um bom dia de sol no Colorado e trazer nossas amostras para fora e ver essas interações, "Yuan disse.
O que o deixa animado com o que a equipe poderia construir com esses grandes átomos. Os pesquisadores acreditam que, com os ajustes certos, eles poderiam usar seu método para montar partículas de maneiras únicas, criando estruturas atômicas falsas que não existem na natureza - em seguida, dissolva essas estruturas com a mesma facilidade.
"Em algumas formas, ainda precisamos descobrir o que podemos fazer com isso, "Smalyukh disse.
Construindo sua própria tabela periódica do zero? Fique ligado.
