Uma nova pesquisa sobre quasicristais revelou que as suas propriedades são também ditadas pelas suas origens de dimensão superior.
Antes considerados impossíveis, os quasicristais revelaram uma ordem oculta que desafia a nossa compreensão dos materiais.
A sua estrutura segue regras de dimensões superiores, influenciando tanto as suas propriedades mecânicas como topológicas. Pesquisas recentes descobriram comportamentos bizarros relacionados ao tempo nesses cristais, sugerindo princípios físicos mais profundos em jogo.
Uma descoberta na cristalografia reformulou agora a nossa compreensão destes materiais, revelando que os quasicristais – outrora considerados impossíveis – seguem regras estruturais de dimensões superiores.
Investigações recentes sugerem que estes materiais únicos não só possuem propriedades mecânicas distintas, como também exibem comportamentos inesperados relacionados com o tempo, sugerindo princípios físicos mais profundos em ação, explica o SciTech Daily.
Em 1982, o Professor Dan Shechtman do Technion – Instituto de Tecnologia de Israel identificou o primeiro cristal quase-periódico, uma descoberta que mais tarde lhe valeu o Prémio Nobel da Química de 2011.
Ao contrário dos cristais convencionais, que seguem padrões periódicos rigorosos, os quasicristais exibem ordem sem repetição, formando estruturas simétricas que desafiam a compreensão científica anterior. Inicialmente recebidas com ceticismo, as descobertas de Shechtman foram apoiadas pelos físicos Dov Levine e Paul Steinhardt, que demonstraram que os quasicristais aderem a estruturas periódicas – mas num espaço de dimensões superiores ao nosso mundo tridimensional.
O conceito de dimensões superiores estende-se para além do comprimento, largura e altura para incluir direções perpendiculares adicionais, desafiando a nossa capacidade de as visualizar. A estrutura matemática subjacente aos quasicristais sugere que as suas estruturas aparentemente irregulares são projeções de padrões periódicos de um espaço de quatro ou mais dimensões. Este conhecimento permitiu aos investigadores prever e manipular melhor as propriedades mecânicas e termodinâmicas destes materiais.
Um estudo recente publicado na revista Science demonstrou que as propriedades topológicas dos quasicristais – caraterísticas que permanecem inalteradas sob deformação – são também ditadas pelas suas origens de dimensão superior.
Analisando padrões de interferência de ondas eletromagnéticas de superfície, os investigadores descobriram que não era possível distinguir diferentes arranjos de quasicristais apenas com base na sua topologia bidimensional. Em vez disso, as suas propriedades só podiam ser totalmente compreendidas quando referenciadas a uma estrutura cristalina subjacente de dimensão superior, confirmando teorias anteriores de Levine e Steinhardt, bem como o trabalho do Prémio Nobel Sir Roger Penrose.
Uma descoberta inesperada envolveu comportamentos relacionados com o tempo em quasicristais. Os investigadores observaram que diferentes padrões topológicos de ondas de superfície pareciam idênticos após um intervalo incrivelmente curto – medido em attossegundos (um bilionésimo de bilionésimo de segundo). Este fenómeno sugere uma interação complexa entre as propriedades termodinâmicas e topológicas dos quasicristais, reforçando as previsões teóricas anteriores.
Utilizando técnicas avançadas como a microscopia ótica de varrimento de campo próximo e a microscopia eletrónica de fotoemissão de dois fotões, a equipa abriu a porta a novos métodos para estudar os comportamentos termodinâmicos dos quasicristais.
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