Maioria das estruturas eletrónicas analisadas num novo estudo apresenta uma célula unitária básica que é um múltiplo de quatro em termos de contagem atómica. Ninguém sabe como ou porquê.
Este mês, cientistas registaram uma grande e misteriosa descoberta no campo da ciência dos materiais que sugere que boa parte dos materiais aderem a uma “Regra dos Quatro” anteriormente despercebida.
Uma análise extensiva de mais de 80 mil estruturas eletrónicas analisadas por uma equipa da Organização Europeia para a Investigação Nuclear (CERN) revelou que 60% destas estruturas apresenta uma célula unitária básica — um componente fundamental de uma estrutura cristalina — que é um múltiplo de quatro em termos de contagem atómica.
Este padrão, que surgiu sem uma explicação científica clara, foi identificado pela primeira vez pela física Elena Gazzarrini e pela sua equipa, diz um estudo publicado a 12 de abril na revista Computational Materials.
O fenómeno é, para já, um mistério.
Apesar de ter verificado a exatidão dos dados e dos algoritmos envolvidos na estruturação destes materiais, a equipa ainda não encontrou uma razão para que estes materiais favoreçam as configurações que são múltiplos de quatro.
A investigação deste padrão começou com simples verificações de dados ou erros de software, que se revelaram negativos, o que levou a uma análise mais profunda.
Gazzarrini sugere que uma explicação intuitiva poderia ser o processo pelo qual as células são padronizadas nas bases de dados, normalmente reduzindo o número de átomos por um fator de quatro, mas só isso não explicava a prevalência generalizada.
“Uma primeira razão intuitiva poderia vir do facto de que quando uma célula unitária convencional (uma célula maior do que a primitiva, representando a simetria completa do cristal) é transformada numa célula primitiva, o número de átomos é tipicamente reduzido em quatro vezes”, explica Gazzarini ao Science Alert. “A primeira pergunta que fizemos foi se o software utilizado para ‘primitivizar’ a célula unitária o tinha feito corretamente, e a resposta foi sim.”
Uma exploração mais aprofundada considerou o papel do silício — um elemento comum capaz de ligar quatro outros átomos — mas descobriu que nem todos os compostos que cumpriam as regras continham silício, nem outras propriedades comuns, como as energias de formação, podiam explicar o padrão.
Isto levou ao desenvolvimento de um algoritmo sofisticado pela engenheira Rose Cernosky da Universidade de Wisconsin, concebido para agrupar compostos com base em propriedades atómicas, mas também este não conseguiu descobrir um padrão discernível.
Numa reviravolta intrigante, quando se aplicou um algoritmo de aprendizagem automática para prever a adesão à Regra de Quatro, conseguiu-se uma precisão de 87%. Esta elevada taxa de sucesso de previsão sugere que poderá haver um fator por descobrir que influencia estes materiais, que a análise humana atual e os métodos computacionais tradicionais ainda não conseguiram isolar.
“O estudo fornece um ponto de partida para futuras investigações sobre o surgimento da regra, uma vez que ainda não existe uma explicação satisfatória para esta distribuição anómala”, concluem os investigadores.
