Detectado pela primeira vez movimento atômico em quatro dimensões

Cientistas detectaram a nucleação atômica em quatro dimensões. A equipe, liderada pela UCLA, ganhou uma visão nunca antes vista da nucleação – capturando como os átomos se reorganizam em resolução atômica 4D (isto é, em três dimensões do espaço e ao longo do tempo).

A nucleação é a coalescência de átomos e moléculas que acontece quando a matéria altera seu estado – durante o congelamento, o derretimento ou a evaporação, por exemplo.

Usando uma nova técnica de imagem de alta tecnologia, os cientistas foram capazes de observar o movimento dos átomos durante a nucleação em quatro dimensões.

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“Realmente, este é um experimento inovador – não apenas localizamos e identificamos átomos individuais com alta precisão, mas também monitoramos seu movimento em 4D pela primeira vez”, disse Jianwei “John” Miao, professor de física e astronomia da UCLA.

Neste experimento, foi utilizado um microscópio poderoso do Berkeley Lab. Nele, os pesquisadores implantaram uma técnica de imagem chamada “tomografia eletrônica atômica”. Como uma amostra molecular gira, o microscópio captura imagens 3D dos átomos dentro da amostra.

Os cientistas utilizaram a nova tecnologia de imagem para observar as nanopartículas de liga de platina de ferro enquanto eram aquecidas a 968 graus Fahrenheit, uma temperatura que desencadeia uma transição entre duas fases sólidas diferentes. Pesquisadores tiraram fotos em 3D após 9 minutos, 16 minutos e 26 minutos.

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Até agora, os cientistas supunham que os núcleos eram relativamente redondos e possuíam um limite acentuado, mas a nova descoberta de imagens mostrou que os núcleos formavam formas irregulares. Imagens mostraram que cada núcleo foi formado por uma coleção de átomos que adotaram a estrutura da nova fase. No entanto, os átomos mais próximos do centro dos núcleos estavam mais desorganizados do que os átomos mais distantes.

Durante a transição de fase, os cientistas observaram núcleos encolhendo, dividindo, fundindo e até mesmo desaparecendo. Teorias anteriores de nucleação postulavam que os núcleos, uma vez formados, só podem ficar maiores e maiores.

“A nucleação é basicamente um problema não resolvido em muitos campos”, disse Peter Ercius, um cientista da equipe da Molecular Foundry. “Uma vez que você possa imaginar algo, você pode começar a pensar em como controlá-lo.”

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Os resultados oferecem evidências diretas de que a teoria da nucleação clássica não descreve com precisão os fenômenos no nível atômico. As descobertas sobre a nucleação podem influenciar a pesquisa em uma ampla gama de áreas, incluindo física, química, ciência dos materiais, ciência ambiental e neurociência.

O artigo científico pode ser encontrado na revista Nature com o título Observing crystal nucleation in four dimensions using atomic electron tomography.

Uma versão deste artigo foi publicada anteriormente em 01 de julho de 2019.