Uma equipe de físicos descobriu cristais rotativos incomuns feitos de partículas giratórias que exibem comportamentos semelhantes à matéria viva, como torcer em vez de esticar e auto-remontagem após quebra. Esses materiais, regidos por interações transversais, desafiam as regras convencionais de crescimento de cristais. As descobertas, publicadas nos Proceedings of the National Academy of Sciences, sugerem aplicações potenciais em tecnologia e biologia.
Físicos de universidades em Aachen, Düsseldorf e Mainz, na Alemanha, e da Wayne State University em Detroit, EUA, exploraram cristais compostos por partículas rotativas. Esses sólidos exibem propriedades estranhas, incluindo a capacidade de se dividir em fragmentos, formar limites de grão incomuns e mostrar defeitos estruturais controláveis. A pesquisa, detalhada em um estudo publicado nos Proceedings of the National Academy of Sciences, introduz uma estrutura teórica para prever comportamentos em sistemas com interações transversais.
Forças transversais, que atuam perpendicularmente à linha que conecta os centros das partículas, fazem com que os objetos girem uns em torno dos outros. Diferentemente das forças centrais como a gravidade, essas interações levam a uma rotação espontânea. Tais forças aparecem tanto em materiais sintéticos, como certos sólidos magnéticos, quanto em sistemas biológicos. Por exemplo, experimentos no Massachusetts Institute of Technology observaram embriões de estrela-do-mar girando uns em torno dos outros por meio de movimentos de natação coordenados.
O Professor Dr. Hartmut Löwen da Heinrich Heine University Düsseldorf observou: "Um sistema de muitos elementos constituintes rotativos exibe um comportamento qualitativamente novo que não é intuitivo: Em altas concentrações, esses objetos formam um corpo sólido de rotores, que possuem propriedades materiais 'estranhas'." Uma propriedade chave é a elasticidade estranha, onde puxar o material faz com que ele torça em vez de esticar.
Os cristais podem se desintegrar quando blocos de construção rotativos se esfregam intensamente, quebrando em cristais menores giratórios. Notavelmente, esses fragmentos podem se remontar posteriormente em uma estrutura coerente. Um modelo teórico multiescala desenvolvido pela equipe, liderada pelo Professor Dr. Zhi-Feng Huang da Wayne State University e pelo Professor Löwen, simulou essas dinâmicas.
Ao contrário do crescimento típico de cristais, cristais grandes sob interações transversais se quebram em unidades menores, enquanto os menores crescem até um tamanho crítico. O Professor Huang explicou: "Descobrimos uma propriedade fundamental da natureza subjacente a esse processo que determina a relação entre o tamanho dos fragmentos críticos e sua velocidade de rotação."
O coautor do estudo, Professor Dr. Raphael Wittkowski da RWTH Aachen University e do DWI -- Leibniz Institute for Interactive Materials, acrescentou: "Além disso, demonstramos como defeitos nos cristais exibem dinâmicas próprias. A formação de tais defeitos pode ser influenciada de fora, o que permite que as propriedades dos cristais sejam controladas especificamente com vistas a aplicações de uso."
O coautor Dr. Michael te Vrugt da University of Mainz afirmou: "Nossa teoria de longo alcance abrange todos os sistemas que evidenciam tais interações transversais. Aplicações concebíveis vão desde a pesquisa em coloides até a biologia." O Professor Löwen destacou usos potenciais: "Os cálculos do modelo indicam potencial de aplicação concreto. As novas propriedades elásticas desses cristais novos poderiam ser exploradas para inventar novos elementos de comutação técnicos, por exemplo."