(PhysOrg.com) - As transições de fase - mudanças da matéria de um estado para outro sem alterar sua composição química - são uma parte importante da vida em nosso mundo tridimensional. A água cai no chão como neve, derrete em um líquido e eventualmente vaporiza de volta para as nuvens para começar o ciclo novamente.

Agora, uma equipe de cientistas desenvolveu uma nova maneira de explorar como essas transições de fase funcionam em menos de três dimensões e no nível de apenas alguns átomos. Eles esperam que a técnica seja útil para testar aspectos do que até agora tem sido puramente física teórica, e eles esperam que também possa ter aplicações práticas para detectar condições em escalas muito pequenas, como em uma membrana celular.

Eles trabalharam com nanotubos de carbono de parede simples, extremamente fino, estruturas ocas de grafite que podem ser tão pequenas que são quase unidimensionais, para estudar o comportamento de transição de fase de átomos de argônio e criptônio.

"A física pode ser bastante diferente em menos de três dimensões, "disse David Cobden, um professor associado de física da Universidade de Washington e autor correspondente de um artigo que descreve o trabalho publicado na sexta-feira (29 de janeiro) em Ciência .

Co-autores, tudo da UW, são Zenghui Wang, Jiang Wei, Peter Morse, J. Gregory Dash e Oscar Vilches.

Para suas observações, o grupo usou nanotubos de carbono, cilindros microscópicos com alguma espessura, mas muito próximos de serem unidimensionais.

As transições de fase mudam a densidade dos átomos. Na forma de vapor, há menos átomos e eles estão fracamente empacotados. O líquido tem mais átomos e são mais compactados. O sólido é um cristal formado por átomos compactados. Para determinar a fase dos átomos de argônio e criptônio, os pesquisadores usaram o nanotubo de carbono como uma corda de violão esticada sobre um traste. Um pedaço de metal condutor próximo aplicou uma força elétrica para oscilar a corda, e os cientistas mediram a corrente para "ouvir" conforme a frequência de vibração mudava - uma maior massa de átomos aderindo à superfície do nanotubo produzia uma frequência mais baixa.

"Você ouve esta guitarra nano e, à medida que o tom desce, sabe que há mais átomos aderindo à superfície, "Cobden disse." Em princípio, você pode ouvir um átomo pousando no tubo - é muito sensível.

Os pesquisadores também descobriram que a resistência elétrica do nanotubo mudou quando os átomos de criptônio aderiram à superfície.

No futuro, os cientistas esperam poder ver como os átomos, à medida que povoam o nanotubo de carbono, reagem entre si por meio de várias transições de fase, e também como eles interagem com a grafite de carbono puro do nanotubo. Eles esperam ver algumas diferenças significativas em experimentos que se aproximam de uma dimensão daqueles em duas ou três dimensões.

"Por exemplo, matéria pode congelar em 3-D e em 2-D, mas teoricamente não deve congelar em 1-D, "Disse Cobden.

Além de fornecer uma base de teste para teorias de física, o trabalho também pode ser útil para aplicações de detecção, como medições em nanoescala em vários ambientes de fluidos, examinar funções dentro das membranas celulares ou sondar os nervos.

"Os nanotubos permitem que você investigue coisas no nível subcelular, "Disse Cobden.