Pulsos de raios X ultrarrápidos, que duram apenas alguns trilionésimos de segundo, forneceram informações inovadoras sobre a misteriosa transformação de um sólido em líquido. Esta pesquisa, publicada na prestigiada revista Nature Physics, revela as dinâmicas ocultas e as escalas de tempo envolvidas nesta transição de fase fundamental.
Quando um material sólido é aquecido, seus átomos começam a vibrar com energia crescente. A uma temperatura específica, chamada ponto de fusão, as vibrações tornam-se tão intensas que os átomos se libertam das suas posições fixas e o material passa para o estado líquido. No entanto, a sequência exacta de eventos que ocorrem durante esta transição permaneceu indefinida, principalmente devido aos prazos extremamente curtos envolvidos.
Para superar esse desafio, pesquisadores liderados pelo professor John Botha, da Universidade de Hamburgo, na Alemanha, empregaram uma técnica avançada de raios X chamada espectroscopia de correlação de fótons de raios X (XPCS). Ao gerar pulsos de raios X ultrarrápidos e analisar os raios X espalhados, eles foram capazes de sondar as mudanças estruturais transitórias em uma amostra sólida de cobre que sofreu um salto repentino de temperatura.
Suas descobertas mostram uma notável cadeia de eventos que se desenrola em escalas de tempo ultrarrápidas. Os estágios iniciais de fusão envolvem a nucleação de gotículas líquidas dentro do cobre sólido. Essas gotículas crescem e coalescem rapidamente, corroendo gradualmente a ordem cristalina até que todo o material se transforme em estado líquido.
Curiosamente, a técnica XPCS não apenas captura a transição de fase no material a granel, mas também revela informações cruciais sobre o comportamento próximo às interfaces sólido-líquido. Essas interfaces exibem dinâmicas únicas, onde os átomos exibem características sólidas e líquidas. compreender esses efeitos interfaciais é vital para obter informações sobre várias áreas da física e da ciência dos materiais, desde fenômenos de fusão até o crescimento de cristais.
Além das implicações para a ciência fundamental, esta pesquisa tem implicações mais amplas para áreas como processamento de materiais, metalurgia e até biologia. Por exemplo, controlar a taxa de transições de fase é fundamental em processos de fabricação que envolvem fusão e solidificação de materiais. Ao desvendar a dinâmica subjacente, podem ser alcançados avanços no desenvolvimento de materiais melhorados com propriedades personalizadas, revolucionando potencialmente as indústrias.
Além disso, como sugere o professor Botha, o estudo das transições de fase também pode lançar luz sobre fenômenos que vão além da física da matéria condensada. Fenômenos como transições vítreas e até mesmo transições de fase biológicas, observados em sistemas complexos como as células, podem compartilhar semelhanças com essas dinâmicas fundamentais de fusão. A busca para compreender as transições de fase, ao que parece, vai muito além da transição sólido-líquido no cobre, abrindo caminhos para revelações inovadoras em todo o espectro científico.
