O nascimento de um cristal pode ser muito menos nítido do que o cenário descrito há décadas em muitos manuais.
Um cristal é um sólido cujos átomos adotam uma organização regular. A cristalização começa com minúsculas zonas ordenadas, chamadas núcleos, que podem crescer posteriormente. A teoria clássica geralmente descreve esses núcleos como pequenos cristais separados do material desordenado por uma fronteira bastante nítida.
Exemplo da estrutura atômica de um cristal chamado "Zangenite".
Crédito: Shihao Zang/NYU
Para observar diretamente essa etapa, pesquisadores liderados pela Universidade da Califórnia em Los Angeles estudaram nanopartículas de ligas contendo vários elementos químicos. Eles utilizaram uma técnica de microscopia capaz de reconstruir a posição dos átomos em três dimensões. Ao todo, a equipe determinou a estrutura de 8.160 núcleos cristalinos.
O resultado não corresponde a uma simples separação entre uma parte cristalizada e uma parte desordenada. No centro de um núcleo, os átomos são fortemente organizados. Ao se aproximar da borda, essa ordem diminui progressivamente. A transição, portanto, se parece mais com uma zona gradual do que com uma fronteira precisa.
Essa observação muda a maneira de descrever o início da cristalização. Os pesquisadores propõem um modelo no qual o grau de organização varia dentro do próprio núcleo. A teoria clássica continua válida no caso particular em que a transição se torna muito brusca.
O estudo também revela que a organização dos átomos depende de sua natureza química. As ligas observadas contêm vários metais misturados. A forma como alguns elementos se agrupam localmente acompanha, portanto, o surgimento da ordem cristalina. Estrutura e composição evoluem juntas durante essa primeira etapa.
Os núcleos não crescem apenas adicionando átomos. A maioria dos observados também pode se fundir com vizinhos cuja orientação é semelhante. Uma minoria se une de forma diferente e produz zonas específicas no cristal final, chamadas maclas. Esses detalhes podem influenciar as propriedades de um material.
Na prática, descrever melhor esse nascimento pode ajudar a compreender como a fabricação modifica a estrutura final dos metais e de outros sólidos. As ligas estudadas aqui pertencem a uma família na qual vários elementos estão presentes em proporções significativas. Algumas são procuradas por suas propriedades mecânicas ou por sua atividade como catalisadores.
Agora, resta determinar até que ponto esse modelo pode ser generalizado. Os autores estimam que essa descrição gradual possa se aplicar a muitos materiais. Novas observações sobre outras composições permitirão verificar se a mesma passagem progressiva ocorre durante a cristalização.