A matéria é ou gás, líquido ou sólido com base em como suas moléculas respondem à temperatura e pressão. Mas e se os blocos de construção forem partículas giratórias em vez de moléculas comuns? Os físicos teóricos descobriram o que determina a fase desses materiais artificiais. A pesquisa foi relatada em PNAS .

Quando a água atinge 100 ° C, faz a transição para uma fase gasosa, pelo menos ao nível do mar. Remover a pressão do ar faz com que a água ferva em temperaturas mais frias. É claro que os materiais compostos de moléculas comuns assumem uma fase dependendo da temperatura e da pressão. O físico teórico de Leiden, Prof. Vincenzo Vitelli, questionou o que aconteceria se os materiais tivessem dímeros de rotação automática como blocos de construção.

Simulação

Para este fim, os primeiros autores Benny van Zuiden e Jayson Paulose simularam dímeros auto-giratórios in silico e estudaram como eles se organizam. Ao aplicar uma pressão gradualmente crescente sobre eles, eles viram o sistema mudar de um estado ordenado para um estado muito caótico.

A figura abaixo (esquerda) mostra um estado lindamente ordenado, com dímeros formando ordenadamente uma rede de cristal triangular. Além disso, a orientação relativa das partículas próximas é bloqueada à medida que giram.

À direita, a concentração é tão alta que o sistema fica preso em uma fase vítrea. Notavelmente, há uma fase líquida no meio. Usualmente, uma substância se torna mais sólida à medida que sua densidade aumenta. Aqui, o oposto acontece.

Líquido

Então, como pode haver um estado líquido? Com baixa densidade, os dímeros têm muito espaço para se moverem como quiserem e ficar em sincronia, como um grupo de dançarinos de palco. Quando o palco é muito pequeno, dançarinos se chocarão uns com os outros e se moverão caoticamente, como partículas em um líquido. Contudo, se o palco ficar tão pequeno que os dançarinos não consigam se mover, eles ficam presos em uma configuração desordenada que lembra um copo.