Pesquisadores da Brown University e da University of Michigan realizaram um truque que antes estava confinado aos sonhos febris de físicos teóricos: eles criaram e estabilizaram uma nova fase da matéria usando minúsculas partículas de prata organizadas como blocos de LEGO cósmicos. O trabalho, publicado na revista Science, captura um estado estrutural intermediário que surge durante a transformação entre dois arranjos cristalinos comuns encontrados em metais — um estado tão fugaz que os cientistas apenas suspeitavam de sua existência.
O material recém-criado não fica apenas parado parecendo exótico; ele também exibe um comportamento óptico incomum, especificamente o acoplamento forte luz-matéria, onde elétrons dentro das nanopartículas de prata vibram em sincronia com ondas de luz e se tornam emaranhados mecanicamente quânticos. Notavelmente, esse efeito ocorre à temperatura ambiente, o que é como encontrar um pinguim prosperando no Saara. Os pesquisadores sugerem que isso pode eventualmente ser útil para computação quântica e outras tecnologias de informação quântica — porque o que o mundo precisa é de mais maneiras de computar coisas que estão simultaneamente aqui e não aqui.
Para construir sua maravilha microscópica, a equipe sintetizou nanopartículas de prata em forma de octaedros truncados — eles as chamam de "mecons" — que se assemelham a um diamante com as pontas cortadas, resultando em uma geometria de 14 lados. O autor principal Yasutaka Nagaoka e a equipe ajustaram as condições de aquecimento para produzir mecons com vários graus de arredondamento, depois os revestiram com longas cadeias moleculares que atuaram como conectores pegajosos, permitindo que as partículas se auto-montassem em estruturas ordenadas maiores chamadas super-redes de nanopartículas.
"Nosso trabalho é um pouco como crianças brincando com blocos de LEGO", disse Ou Chen, professor associado de química na Brown e autor correspondente, na que pode ser a analogia científica mais relacionável desde "é como um balão e um tijolo". Os revestimentos moleculares, descobriu a equipe, desempenharam um papel crítico na estabilização de arranjos que correspondiam às estruturas de transição previstas pelo caminho Nishiyama-Wassermann — um modelo líder de como os metais mudam entre arranjos cristalinos cúbicos de face centrada (CFC) e cúbicos de corpo centrado (CCC).
"Cientistas de materiais se importam há muito tempo em como controlar a quantidade de CFC e CCC em seus metais, mas as transições entre essas fases têm sido difíceis de estudar porque são muito instáveis", disse Tim Moore, coautor do estudo da University of Michigan. "Ser capaz de observar essas estruturas é um avanço fundamental na ciência dos materiais." A pesquisa foi apoiada por uma pequena montanha de subsídios da National Science Foundation e do Departamento de Energia, porque aparentemente descobrir uma nova fase da matéria não é barato.
"Sempre que você consegue identificar uma nova fase da matéria, novas aplicações vão surgir", acrescentou Chen, o que é o equivalente científico de "construa e eles virão" — assumindo que "eles" são computadores quânticos e sensores avançados.