Como os átomos se organizam na menor escala foi pensado para seguir uma regra de 'pele de tambor', mas os matemáticos agora encontraram uma solução mais simples.

Arranjos atômicos em diferentes materiais podem fornecer muitas informações sobre as propriedades dos materiais, e qual é o potencial para alterar para que eles podem ser usados.

Contudo, onde dois materiais se tocam - em sua interface - surgem interações complexas que tornam difícil prever o arranjo dos átomos.

Agora, em um artigo publicado hoje em Física da Natureza , pesquisadores do Imperial College London e da Universidad Carlos III de Madrid criaram um novo modelo que prevê melhor como os átomos estão dispostos em relação uns aos outros.

Professor co-autor Andrew Parry, do Departamento de Matemática do Imperial, disse:"É uma forma completamente nova de ver a interface líquido-gás. Também pode ser aplicada a outros tipos de interfaces:sempre que dois materiais diferentes se juntam e queremos saber como os átomos se relacionam, essas idéias podem ser usadas. "

Onde gases e líquidos se encontram:uma situação complexa

Quando os materiais estão em estado sólido, seus átomos são organizados em padrões muito uniformes - como grades, folhas e treliças. Isso significa que saber a posição de um átomo pode revelar as posições de todos os seus átomos vizinhos.

Contudo, em líquidos e gases, os arranjos dos átomos podem ser muito diferentes ao longo do volume do material. Os átomos podem ser "localmente" compactados mais próximos, levando a áreas mais densas, e pode mudar rapidamente.

Uma das situações mais complexas é quando líquidos e gases se encontram. O professor Parry disse:"Se você imaginar um copo d'água, a camada superficial superior da água em contato com o ar age de maneira diferente da água abaixo; tem tensão superficial. Quando você perturba a superfície, por exemplo, batendo no vidro, as ondulações mudam os padrões dos átomos de água na superfície. "

Em um copo d'água, o arranjo de átomos criado por ondulações é pensado como surgindo de um comportamento semelhante ao de uma "pele de tambor" - a tensão superficial significa que a água é esticada como um tambor e age de acordo quando perturbada.

Perfurando a analogia da pele do tambor

Anteriormente, acreditava-se que esse tipo de comportamento também funcionava na escala atômica:no nível dos átomos individuais, o mesmo tipo de comportamento de pele de tambor estava ocorrendo, ordenando os átomos de uma certa maneira.

Contudo, grandes simulações e cálculos de como os átomos se comportam nesta situação não mostram uma versão reduzida do comportamento da pele do tambor, como seria de esperar.

Agora, O Professor Parry e o Dr. Carlos Rascón da Universidade Carlos III de Madrid encontraram uma série de novas soluções para este problema que não dependem da analogia da pele do tambor.

Ao combinar informações sobre as ondulações criadas quando a superfície é perturbada e como os átomos se agrupam localmente, a dupla foi capaz de descobrir como os átomos se organizam em relação uns aos outros.

Chegando à simplicidade subjacente do sistema

O professor Parry disse:"Sempre que vemos fenômenos em escala maior - como a temperatura, pressão e tensão superficial - geralmente surgem de conceitos que observamos no mundo microscópico. Portanto, neste caso, o comportamento da pele do tambor surge de algo completamente diferente no nível microscópico.

"Agora podemos chegar à simplicidade subjacente do sistema sem ter que esticar demais a analogia da pele do tambor."

A nova teoria e o conjunto de soluções corresponderam aos resultados da maior simulação do comportamento da interface líquido-gás já conduzida muito melhor do que o modelo de pele de tambor.

"The Goldstone Mode and Resonances in the Fluid Interfacial Region 'por A.O. Parry e C. Rascón é publicado em Física da Natureza .