p Copo, borracha e plástico pertencem a uma classe de matéria chamada sólidos amorfos. E apesar de serem comuns em nossa vida cotidiana, sólidos amorfos há muito representam um desafio para os cientistas. p Desde a década de 1910, os cientistas foram capazes de mapear em 3D as estruturas atômicas dos cristais, a outra classe principal de sólidos, que levou a inúmeros avanços na física, química, biologia, Ciência de materiais, geologia, nanociência, descoberta de drogas e muito mais. Mas porque os sólidos amorfos não são montados em rígidos, estruturas atômicas repetitivas como os cristais são, eles desafiaram a capacidade dos pesquisadores de determinar sua estrutura atômica com o mesmo nível de precisão.

p Até agora, isso é.

p Um estudo liderado pela UCLA na revista Natureza relatórios sobre a primeira determinação da estrutura atômica 3D de um sólido amorfo - neste caso, um material chamado vidro metálico.

p "Nós sabemos muito sobre cristais, no entanto, a maior parte da matéria na Terra é não cristalina e sabemos tão pouco sobre sua estrutura atômica, "disse o autor sênior do estudo, Jianwei "John" Miao, um professor de física e astronomia da UCLA e membro do California NanoSystems Institute da UCLA.

p Observar o arranjo atômico 3D de um sólido amorfo é o sonho de Miao desde que ele era um estudante de graduação. Esse sonho agora foi realizado, após 22 anos de busca incessante.

p "Este estudo abriu uma nova porta, " ele disse.

p Os vidros metálicos tendem a ser mais fortes e mais moldáveis ​​do que os metais cristalinos padrão, e são usados ​​hoje em produtos que vão desde transformadores elétricos a tacos de golfe de ponta e caixas para laptops Apple e outros dispositivos eletrônicos. Compreender a estrutura atômica dos vidros metálicos pode ajudar os engenheiros a projetar versões ainda melhores desses materiais, para uma gama ainda maior de aplicações.

p Os pesquisadores usaram uma técnica chamada tomografia eletrônica atômica, um tipo de imagem 3D criado por Miao e colaboradores. A abordagem envolve o envio de elétrons através de uma amostra e a coleta de uma imagem do outro lado. A amostra é girada para que as medições possam ser feitas de vários ângulos, produzindo dados que são unidos para produzir uma imagem 3D.

p "Combinamos microscopia eletrônica de última geração com algoritmos poderosos e técnicas de análise para estudar estruturas até o nível de átomos individuais, "disse o co-autor Peter Ercius, um cientista da equipe do Lawrence Berkeley National Laboratory's Molecular Foundry, onde o experimento foi conduzido. "O conhecimento direto de estruturas amorfas neste nível é uma virada de jogo para as ciências físicas."

p Os pesquisadores examinaram uma amostra de vidro metálico com cerca de 8 nanômetros de diâmetro, feito de oito metais diferentes. (Um nanômetro é um bilionésimo de um metro.) Usando 55 imagens de tomografia eletrônica atômica, Miao e colegas criaram um mapa 3D de aproximadamente 18, 000 átomos que compõem a nanopartícula.

p Como os sólidos amorfos são tão difíceis de caracterizar, os pesquisadores esperavam que os átomos fossem dispostos de forma caótica. E embora cerca de 85% dos átomos estivessem em um arranjo desordenado, os pesquisadores foram capazes de identificar bolsões onde uma fração de átomos se aglutinava em superaglomerados ordenados. A descoberta demonstrou que mesmo dentro de um sólido amorfo, o arranjo dos átomos não é completamente aleatório.

p Miao reconheceu uma limitação da pesquisa, nascido dos limites da própria microscopia eletrônica. Alguns dos átomos de metal eram tão semelhantes em tamanho que a imagem do elétron não conseguia distingui-los. Para efeitos do estudo, os pesquisadores agruparam os metais em três categorias, unindo vizinhos da tabela periódica de elementos:cobalto e níquel na primeira categoria; rutênio, ródio, paládio e prata no segundo; e irídio e platina no terceiro.

p A pesquisa foi apoiada principalmente pelo Centro de Ciência e Tecnologia da Fundação Nacional de Ciência STROBE, do qual Miao é vice-diretor, e em parte pelo Departamento de Energia dos EUA.

p "Este resultado inovador exemplifica o poder de uma equipe transdisciplinar, "disse Charles Ying, o oficial do programa da National Science Foundation que supervisiona o financiamento do centro STROBE. "Isso demonstra a necessidade de apoio de longo prazo de um centro para lidar com esse tipo de projeto de pesquisa complexo."

p Os co-primeiros autores do estudo são o estudante de graduação Yao Yang, ex-cientista assistente do projeto Jihan Zhou, ex-pesquisador de pós-doutorado Fan Zhu, e o pesquisador de pós-doutorado Yakun Yuan, todos os membros atuais ou antigos do grupo de pesquisa de Miao na UCLA. Outros co-autores da UCLA são alunos de graduação Dillan Chang e Arjun Rana; ex-bolsistas de pós-doutorado Dennis Kim e Xuezeng Tian; professor adjunto assistente de matemática Minh Pham; e o professor de matemática Stanley Osher.

p Outros co-autores são Yonggang Yao e Liangbing Hu da Universidade de Maryland, College Park; e Andreas Schmid e Peter Ercius do Lawrence Berkeley National Laboratory.

p "Este trabalho é uma grande ilustração de como enfrentar grandes desafios de longa data, reunindo cientistas com muitas formações diferentes em física, matemática, materiais e ciência de imagem, com fortes parcerias entre universidades e laboratórios nacionais, "disse Margaret Murnane, diretor do centro STROBE. "Esta é uma equipe espetacular."