Ciência avança: 4º estado da matéria é identificado por pesquisadores
A ciência dos materiais acaba de ganhar um novo capítulo. Pesquisadores das universidades de Nottingham, no Reino Unido, e Ulm, na Alemanha, identificaram um comportamento atômico inédito dentro de nanogotas metálicas, formadas por metais como platina, ouro e paládio. A observação, registrada em estudo publicado na revista ACS Nano, revela que parte dos átomos se move livremente como em um líquido, enquanto outra parte permanece completamente imóvel, como em um sólido. Esse comportamento híbrido pode representar um novo estado físico da matéria.
A descoberta amplia fronteiras conceituais e abre possibilidades para aplicações tecnológicas que vão da fabricação de catalisadores industriais a avanços em baterias e dispositivos de conversão química.
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O fenômeno observado nas nanogotas metálicas
Uma fronteira rígida formada por átomos imóveis
Em condições convencionais, líquidos são compostos por átomos em constante movimento. Já sólidos têm suas partículas organizadas de forma fixa e ordenada. O que a equipe europeia encontrou rompe essa lógica tradicional.
Durante o experimento, nanogotas metálicas foram aquecidas sobre uma camada ultrafina de grafeno. Ao alcançar temperaturas elevadas, os átomos da parte interna da gota se comportaram como esperado, permanecendo em movimento intenso. Porém, um comportamento totalmente novo apareceu: alguns átomos ficaram presos a defeitos estruturais do grafeno e simplesmente deixaram de se mover.
Esses átomos estáticos formaram um tipo de borda rígida ao redor da nanogota, criando uma área de confinamento. Dentro dela, o material permaneceu líquido. A coexistência desses dois comportamentos — um estático e outro dinâmico — despertou o interesse da comunidade científica global.
Um estado físico intermediário
De acordo com o professor Andrei Khlobystov, um dos líderes da pesquisa, o fenômeno não se enquadra nos estados clássicos da matéria. Ele afirma que essa coexistência revela um estado híbrido que preenche o espaço entre sólido e líquido.
Esse regime físico intermediário expande o entendimento sobre como partículas podem se organizar quando submetidas a escalas minúsculas e condições extremas.
Como essa observação inédita foi possível
O papel crucial do microscópio SALVE
Para visualizar átomos individuais e acompanhar sua movimentação em tempo real, os cientistas utilizaram um microscópio eletrônico de transmissão de baixa voltagem, conhecido como SALVE. O equipamento permite registrar imagens com resolução atômica enquanto o material é submetido a temperaturas elevadas.
À medida que as nanogotas metálicas eram aquecidas, seus átomos internos continuavam em movimento, enquanto alguns permaneciam ancorados nos defeitos do grafeno. A tecnologia foi essencial para identificar e documentar essa diferença de comportamento.
Manipulando o comportamento dos átomos
Os pesquisadores também descobriram que era possível controlar o número de átomos presos. Ajustando o feixe de elétrons utilizado no microscópio, eles aumentaram ou reduziram os defeitos no grafeno, regulando assim a quantidade de átomos imóveis.
Essa capacidade de manipulação permitiu observar limites entre três fenômenos:
Solidificação normal
A gota se solidifica quando poucos átomos permanecem fixos.
Congelamento atrasado
Quanto mais átomos presos, mais lento o congelamento ocorre.
Permanência no estado líquido
Quando muitos átomos ficam imóveis, a nanogota pode permanecer líquida mesmo em temperaturas extremamente baixas.
Líquido super-resfriado: quando o metal permanece líquido a -1000°C
Um dos achados mais impressionantes foi a observação de nanogotas de platina que permaneceram líquidas em temperaturas até 1.000°C abaixo do ponto de congelamento convencional do metal. Quando finalmente se solidificam, essas gotas não formam um cristal, mas um sólido amorfo e instável. Esse comportamento reforça a influência dos átomos presos no processo de solidificação.
Impactos imediatos: catalisadores mais eficientes
A descoberta tem potencial para revolucionar a indústria química e energética. Catalisadores de platina sobre carbono — amplamente utilizados em processos industriais e automotivos — podem se beneficiar diretamente desse novo entendimento.
Segundo o pesquisador Jesum Alves Fernandes, a coexistência entre átomos imóveis e móveis abre caminho para:
- catalisadores mais resistentes
- maior eficiência energética
- redução no uso de metais raros
- materiais autolimpantes
- maior durabilidade
Esse comportamento atômico, nunca antes documentado, pode transformar a forma como reações químicas ocorrem em escala nanométrica.
Uma nova fronteira no estudo da matéria
Até hoje, o confinamento estável de partículas havia sido alcançado apenas com fótons e elétrons. Agora, esse é o primeiro registro de átomos confinados de maneira estável em estruturas sólidas.
A equipe já trabalha para manipular esses “cercados atômicos” e criar arquiteturas capazes de otimizar o uso de metais raros em diversas tecnologias, incluindo:
- transição energética
- baterias avançadas
- dispositivos de conversão química
- novos materiais sustentáveis
O futuro das descobertas atômicas
Com o avanço da microscopia e de técnicas de observação, novos padrões de comportamento atômico devem surgir em escalas ainda menores. O estudo desse estado híbrido, intermediário entre sólido e líquido, abre portas para descobertas que podem redefinir a engenharia de materiais em nível global.