físicos nos EUA ganharam novos insights sobre a maioria dos fenômenos básicos da física-o derretimento de um sólido. Arjun Yodh e colegas da Universidade da Pensilvânia e Swarthmore College mostraram que o derretimento começa com defeitos antes de se espalhar para todo o cristal (Sciencexpress 11123991). O trabalho ajudará a preencher as lacunas em nosso conhecimento do processo de fusão.
é difícil estudar o que acontece quando um sólido derrete porque os átomos individuais são muito pequenos para ver e porque a ação ocorre dentro do sólido. No entanto, Yodh e colegas superaram esses problemas usando grandes esferas coloidais sensíveis à temperatura, que medem quase um mícron de diâmetro, para representar os átomos em um cristal. Quando a densidade das esferas suspensas em uma solução é alta o suficiente, elas formam um sólido cristalino bem embalado. No entanto, quando a densidade é reduzida, esse cristal “derrete”.
Yodh e colegas usaram esferas que mudam de tamanho quando são aquecidas, o que, por sua vez, altera o volume que ocupam na suspensão. O aquecimento das esferas na verdade as torna menores, o que diminui seu volume total dentro do cristal e, finalmente, faz com que o cristal derreta. O derretimento ocorre quando as esferas ocupam aproximadamente 55% do volume de cristal disponível. Quando as esferas são resfriadas, elas se tornam maiores, o que leva à cristalização do líquido coloidal. “As esferas se comportam como enormes versões de átomos para o propósito de nosso experimento”, diz O membro da equipe Ahmed Alsayed. Além disso, um microscópio óptico pode ser usado para acompanhar os movimentos das partículas individuais durante o processo de fusão.
o experimento mostra que o derretimento começa em defeitos — como rachaduras, limites de grãos e deslocamentos-que estão presentes na matriz ordenada de átomos no cristal. Além disso, o rastreamento de partículas revela aumento da desordem nas regiões cristalinas que fazem fronteira com esses defeitos, com a quantidade de desordem dependendo do tipo de defeito. De acordo com a equipe Pennsylvania-Swarthmore, a existência dessa “pré-fusão” dentro do sólido implica que uma pequena fração de líquido existe dentro do cristal antes que a temperatura de fusão a granel seja realmente atingida. Isso sugere que os sólidos que contêm muitos defeitos podem derreter mais facilmente. “Nossos resultados melhoram nossa compreensão do derretimento e permitem previsões mais quantitativas de como uma substância pode derreter”, disse Yodh à PhysicsWeb. “O novo sistema de partículas que desenvolvemos também pode ser usado para estudar a evolução de defeitos e regiões pré-fundidas sob estresse mecânico, bem como para observação controlada de têmpera, recozimento, cristalização e temperatura de transição vítrea em sólidos.”