p O que parece ser um labirinto impossivelmente complicado é, na verdade, muito simples. Dois labirintos complicados, entrelaçados, mas não se tocando, conte uma história diferente. p Agora imagine-os em nanoescala e feitos de cristais macios. O cientista de materiais Ned Thomas, da Brown School of Engineering da Rice University, fez mais do que imaginá-los - ele e seu laboratório os criaram e analisaram, fatia por fatia nano.

p Thomas e seu relatório de equipe em Natureza sua caracterização de um duplo giroide de matéria mole. O que eles pensaram brevemente seria um giroide duplo perfeito, seu arranjo curvo de nós e hastes se repetindo ad infinitum, não era para ser. Em vez disso, descobriram que a desejada construção cúbica estava cheia de distorções.

p Um giroide é um cristal baseado em superfícies mínimas triplamente periódicas, uma geometria que permite que sua forma repetitiva se espalhe em três dimensões para sempre (ou pelo menos até ser restringida). Eles às vezes são encontrados na natureza; por exemplo, os giroides dão às asas das borboletas sua iridescência.

p Cientistas e engenheiros estão interessados ​​em giroides por causa da forma como eles interagem com as ondas de luz e som, materiais em nanoescala promissores com novas propriedades. A forma do giroide determina como e até se uma onda passará para o outro lado. Dessa forma, o material pode ser invisível para algumas ondas, ou um refletor de outros comprimentos de onda.

p Notavelmente, a combinação química de polidimetilsiloxano (PDMS) e poliestireno, inicialmente dissolvido em uma solução, auto-monta em um giroide duplo, com duas redes PDMS distintas dançando uma em torno da outra sem nunca se tocar.

p Um giroide duplo pode ser ainda mais ajustável, já que materiais distintos que fazem cada rede podem afetar os sinais de forma diferente. Tudo isso é baseado na estrutura da célula unitária sendo cubos perfeitos.

p Lamentavelmente, os giroides duplos suaves que se montam em um copolímero em bloco não são, de acordo com Thomas, o autor principal e pesquisador de pós-doutorado Xueyan Feng e seus colegas.

p "Chamamos as redes de giroide de vermelho e azul, mas eles são na verdade o mesmo composto químico, PDMS, "disse Thomas, pegando modelos 3-D das estruturas em nanoescala. "A coisa entre eles é estireno, e há mais estireno do que vermelho e azul. "

p Se a repetição básica do padrão 3-D embutido em cada giroide fosse um cubo perfeito, que teria feito o material corresponder ao nº 230, a última estrutura possível na lista centenária de grupos espaciais que categoriza todas as configurações 3-D possíveis de materiais, ele disse.

p "Mineralogistas e matemáticos criaram esta lista quando se interessaram por, por exemplo, por que os cristais de quartzo têm a simetria que têm e descobriram todos os arranjos espaciais dos elementos de simetria:translação, rotação, reflexão, inversão, roto-inversão, roto-reflexão, parafuse e deslize, "Disse Thomas." Existem apenas 230 maneiras de colocá-los juntos de maneiras autoconsistentes.

p "E meu grupo foi o primeiro a encontrar o nº 230 em copolímeros em bloco em 1994, mas acontece que não é exatamente cúbico quando se forma - e ninguém sabia disso até agora, " ele disse.

p Com a ajuda do Centro de Microscopia Eletrônica de Rice, os pesquisadores adaptaram um microscópio eletrônico para obter imagens alternativas e, em seguida, usar um feixe de íons para remover suavemente uma fatia de 3 nanômetros de um bloco de giroide duplo. Eles fizeram isso centenas de vezes em uma área muito grande, permitindo que um grande volume da estrutura do duplo giroide seja reconstruído em alta resolução.

p Isso revelou limites de grãos em toda a estrutura, formado quando o duplo giroide nucleado em vários lugares na solução e se juntou fora do alinhamento, forçando incompatibilidade nas interseções da rede. Eles descobriram que a célula unitária real não tinha a maior simetria possível (cúbica), mas era o mais baixo:uma célula triclínica que, enquanto constante dentro de um determinado grão, variava de grão a grão em toda a estrutura. Isso levou à aparência geral de "um cúbico médio, "Thomas disse, enquanto na realidade, a simetria foi significativamente distorcida da cúbica.

p "A solução inicial de polímero que as pessoas usam para fazer esses materiais é principalmente solvente, e quando ele evapora e a estrutura começa a se formar, o sistema geral está encolhendo, "disse ele." Se encolher uniformemente em todas as direções, isso seria bom, mas isso não acontece. Diferentes grãos e diferentes orientações estão sendo esmagados por forças de retração, portanto, não deve ser uma surpresa obter distorções. "

p Isso significa que as células unitárias quebram a simetria conforme as moléculas de polímero em bloco puxam para um lado e para outro para alcançar seus estados de ligação de energia mínima, Disse Thomas.

p "O resultado final é que, se você planeja usá-los como cristais fotônicos cúbicos e fonônicos com lacunas de banda, que são todos calculados com base em uma estrutura cúbica perfeita em uma perfeita, infinito, rede cúbica, você tem outra coisa, "ele disse." Você não pode fazer isso experimentalmente, a menos que você descubra algumas novas técnicas de crescimento. "

p No entanto, o laboratório Rice está trabalhando em criações cúbicas, Feng disse. "Desligar a gravidade ajudaria, ou fazendo-os no espaço, "disse ele. Mas sem essas opções, os pesquisadores estão procurando uma técnica para evaporar a solução em todas as direções para aliviar a tensão direcional no material.

p "A natureza não sabe sobre quiralidade, matemática ou grupos espaciais, "Thomas disse." Mas é fascinante que essas moléculas sejam inteligentes o suficiente para fazer isso. "