O Prêmio Nobel de Física de 2016 celebrou o rico comportamento de materiais bidimensionais (2-D), como átomos, moléculas, ou elétrons que estão confinados a se mover em uma superfície plana.

Em comparação com suas contrapartes tridimensionais (3-D), tais materiais apresentam propriedades novas e exóticas, cuja elucidação está na vanguarda da pesquisa em física da matéria condensada.

Um caso muito interessante é o comportamento dos cristais 2-D. Ao contrário dos materiais 3-D, que sempre derrete em um estado líquido ou 'fase, "a teoria prevê que os cristais 2-D fundem em uma nova fase chamada hexática.

Fase hexática

Em personagem, o hexático é intermediário entre uma fase de cristal e um líquido, no sentido de que suas partículas constituintes exibem uma ordem de orientação de longo alcance (como um cristal), mas apenas uma ordem posicional de curto alcance (como um líquido).

Mesmo para o material de modelo 2-D mais simples, composto de discos rígidos idênticos, encontrar a confirmação de que um cristal bidimensional se funde em uma fase hexática foi um dos problemas mais antigos da física.

Após inúmeras tentativas (ao longo de quatro décadas), foi resolvido em 2011 com o uso de simulações de computador em grande escala.

Em uma colaboração entre duas universidades GW4, Dr. John Russo da Escola de Matemática da Universidade de Bristol e Professor Nigel Wilding, do Departamento de Física da Universidade de Bath, aproveitaram o poder combinado dos computadores de alto desempenho em ambas as universidades para mostrar que o comportamento dos cristais 2-D se torna ainda mais estranho quando as misturas de dois tipos de partículas são consideradas.

Suas descobertas foram publicadas hoje no jornal Cartas de revisão física .

Física fundamental

O Dr. Russo disse:"Para esta pesquisa, consideramos o sistema de disco rígido 2-D estudado anteriormente, mas com uma diferença:introduzimos uma segunda espécie de disco que é apenas 70 por cento do tamanho das outras.

"Curiosamente, descobrimos que a presença desse segundo tipo de disco faz com que a fase hexática desapareça."

O professor Wilding acrescentou:"Isso ocorre em concentrações surpreendentemente pequenas de discos pequenos:trocar apenas um por cento dos discos por espécies menores é o suficiente para perder o hexático.

"Descobrimos que o hexático é um estado da matéria muito delicado porque sua entropia é apenas ligeiramente maior do que a do líquido.

"Adicionar pequenas partículas aumenta a entropia do líquido e isso, por sua vez, desestabiliza o hexático."

Os pesquisadores dizem que seu estudo contribui para a compreensão fundamental da fascinante física da matéria em duas dimensões, e abre as portas para o design de novos materiais com propriedades estranhas e exóticas.

"Desaparecimento da fase hexática em uma mistura binária de discos rígidos" por J. Russo, e N. Wilding é publicado em Cartas de revisão física .