Esta é uma imagem de trajetórias atômicas em um líquido bidimensional, gerado por simulações de computador. A maioria das trajetórias são alongadas, e o alongamento de trajetórias próximas é semelhante. Esta é a assinatura visual dos movimentos coletivos encontrados por Li et al., o que demonstra uma diferença fundamental entre líquidos bidimensionais e tridimensionais. Crédito:Universidade Tecnológica de Nanyang
Um quebra-cabeça de 50 anos em mecânica estatística foi resolvido por uma equipe internacional de pesquisadores que provaram que líquidos bidimensionais (2-D) têm propriedades dinâmicas fundamentalmente diferentes para líquidos tridimensionais (3-D).
Os pesquisadores usam rotineiramente experimentos 2-D e simulações para representar líquidos 3-D, simplesmente porque os estudos em 2-D são mais fáceis de fazer.
Com esses estudos, os físicos visam racionalizar as propriedades familiares dos fluidos macroscópicos, como a viscosidade, em termos do movimento microscópico das partículas, que em 2-D pode ser visualizado diretamente.
A equipe liderada pelo Professor Associado Massimo Pica Ciamarra da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) decidiu entender o 'movimento térmico' dos átomos em líquidos 2-D e 3-D.
Usando uma combinação de cálculos feitos com papel e caneta e simulações numéricas, eles previram que os átomos em líquidos 2-D podem viajar por longas distâncias antes de efetivamente "esquecerem" suas posições iniciais. Este comportamento dá origem a um movimento coletivo sutil dos átomos, de um tipo que antes só se pensava ocorrer em sólidos.
Para confirmar suas descobertas teóricas, os pesquisadores realizaram experimentos que rastrearam os movimentos das partículas coloidais sob um microscópio. Em líquidos tridimensionais comuns, tais partículas executam um tipo de movimento aleatório conhecido como movimento browniano.
Mas em líquidos bidimensionais, a equipe conseguiu demonstrar que o movimento browniano se sobrepõe a movimentos coletivos de grande escala. Anteriormente, acreditava-se que esse movimento coletivo ocorria apenas em sólidos 2-D, conforme previsto na década de 1960 por Mermin e Wagner.
A prova da diferença fundamental entre líquidos 2-D e 3-D foi obtida por pesquisadores da NTU Singapura, o Centro Jawaharlal Nehru para Pesquisa Científica Avançada na Índia, a Universidade de Ciência e Tecnologia da China, e a Universidade da Califórnia (Los Angeles) nos Estados Unidos. Seu trabalho foi publicado em novembro no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS )
"Nossa descoberta mostra que líquidos bidimensionais e líquidos tridimensionais não são apenas variantes uns dos outros, mas tipos fundamentalmente diferentes de matéria, "disse Assoc Prof Pica Ciamarra.
"Nossas descobertas ajudam a explicar muitas diferenças intrigantes entre as propriedades dinâmicas de líquidos bidimensionais e tridimensionais, que foi relatado na literatura científica, "disse Assoc Prof Pica Ciamarra." É apenas em 2-D, não em 3-D ou dimensões superiores, que o tempo de relaxamento não é inversamente proporcional à difusividade das partículas. "
"Para extrair informações relevantes sobre a dinâmica de líquidos 3-D das investigações 2-D" acrescentou o Dr. Y.-W. Li, co-autor deste estudo, "os pesquisadores precisam desenvolver uma maneira de filtrar seletivamente o efeito das oscilações coletivas das partículas observadas."
