O cobre não perde instantaneamente sua estrutura sólida quando um laser o aquece de forma extremamente brusca. Seus átomos permanecem parcialmente organizados por mais tempo do que o previsto.
Para observar esse fenômeno, os pesquisadores enviaram um pulso de laser extremamente breve sobre uma fina camada de cobre. O laser aquece primeiro os elétrons do metal. Em seguida, eles transferem parte de sua energia aos átomos, que começam a se agitar mais.
Cobre natural.
Imagem Wikimedia
Nessa escala, tudo acontece em alguns femtossegundos a alguns picossegundos. Um femtossegundo representa um milionésimo de bilionésimo de segundo. Por isso, a equipe utilizou pulsos de elétrons muito curtos para acompanhar diretamente a evolução da organização dos átomos.
Os experimentos utilizaram energias absorvidas equivalentes a duas a quatro vezes o limiar necessário para a fusão ultrarrápida. A desorganização começa primeiro na superfície, um pouco antes da temperatura normal de fusão. Em seguida, ela se espalha rapidamente para o interior do material.
O resultado mais surpreendente aparece quando o cobre é fortemente superaquecido. Algumas simulações previam então um colapso muito rápido de sua estrutura cristalina. As medições mostram, ao contrário, que essa ordem atômica desaparece gradualmente.
Novas simulações explicam melhor essa diferença. Os modelos antigos pressupunham, entre outras coisas, condições de pressão estáticas demais. No experimento, os átomos podem se deslocar e relaxar mais. Assim, conservam parte de sua organização além do limite de superaquecimento previsto por alguns modelos.
O estudo também mostra que a transferência de energia entre os elétrons aquecidos pelo laser e a rede de átomos permanece relativamente baixa nessas condições. Essa transferência influencia diretamente a velocidade com que o material aquece e se transforma.
Esses trabalhos podem aprimorar os modelos utilizados para descrever a matéria submetida a aportes de energia muito rápidos. Essa questão interessa especialmente à pesquisa sobre fusão nuclear, na qual alguns materiais podem ser expostos a temperaturas e fluxos de energia extremos.
Os pesquisadores agora desejam testar o cobre em outras condições de pressão. Eles também pretendem estudar ligas de cobre, consideradas para alguns componentes que precisam absorver ou dissipar grandes quantidades de calor em sistemas de fusão.