Quando você bate em um melão para ver se está maduro, você está usando ondas sonoras para sondar a estrutura do material interno. Físicos da Universidade de Chicago estavam usando o mesmo conceito para explorar como as ondas sonoras viajam através de estruturas padronizadas quando perceberam uma estranheza:estruturas completamente diferentes soavam iguais.

Isso foi uma coisa surpreendente, como bater em um melão e um abacaxi, e descobrindo que ambos faziam o mesmo som.

"O que nos empolgou foi o fato de não podermos explicar nossas descobertas usando os conceitos existentes, como simetrias espaciais, "disse Vincenzo Vitelli, professor de física no Instituto James Franck.

O que Vitelli e seu grupo descobriram foi uma dualidade, uma simetria "oculta" ligando sistemas aparentemente não relacionados. Publicado em Natureza , seu estudo pode um dia ajudar a projetar metamateriais ou mesmo dispositivos microscópicos que processam informações codificadas em ondas sonoras.

Ao longo dos anos, a física construiu uma estrutura para prever as propriedades de um objeto com base em suas simetrias espaciais. "Olhe para um modelo de plástico de uma molécula de metano:seus átomos de hidrogênio formam um tetraedro regular. Isso diz muito sobre como a molécula vibra, "disse Michel Fruchart, pesquisador de pós-doutorado e primeiro autor do artigo. Em uma linha semelhante, Os modelos LEGO ajudaram os autores deste estudo a descobrir suas dualidades. (Um vídeo de demonstração está disponível em seu site.)

E se essas dualidades pudessem ser exploradas para dotar um material de propriedades que, de outra forma, ele não teria?

Nos últimos anos, houve uma explosão de interesse em um campo chamado metamateriais. Estas são estruturas artificiais projetadas para ter características normalmente não esperadas na natureza. Por exemplo, muito se pensou em criar uma "capa da invisibilidade" usando materiais compostos que dobram a luz que entra ao seu redor em virtude de sua geometria interna.

Fruchart e Vitelli imaginaram usar essa abordagem para pegar uma partícula como um fônon - essencialmente uma partícula de calor - e dar a ela propriedades que normalmente não tem.

Os elétrons têm uma propriedade chamada "spin", que é usada como base para alguns dos eletrônicos de alta tecnologia mais recentes. Phonons não têm spin, mas se os cientistas pudessem moldar a estrutura dos materiais para dar aos fônons um "spin falso, "eles poderiam usá-los em dispositivos fonônicos - semelhantes aos eletrônicos, mas com habilidades diferentes, como controle de calor.

"Movendo os fônons, pode-se processar as informações armazenadas em seu pseudo-spin, "Vitelli disse.

Eles denominaram esse conceito de "spintrônica mecânica". Os cientistas esperam que as dualidades possam ser tão importantes no projeto de metamateriais quanto as simetrias atualmente.

"Nossa abordagem também se aplica a outras ondas, não apenas fônons - por exemplo, ondas de luz e matéria, "disse Fruchart.