Mas químicos descobriram um comportamento surpreendente: em alguns materiais, os átomos podem congelar mesmo quando a temperatura aumenta! Um fenômeno que parece contradizer as leis clássicas da física. No entanto, essa descoberta é real e pode abrir caminho para materiais capazes de manter propriedades especiais — como ser magnetizado ou produzir eletricidade sob pressão — mesmo em temperatura ambiente.
Em geral, quanto mais quente um material, mais seus átomos ou moléculas se agitam em todas as direções. Esse movimento provoca desordem e, portanto, um aumento da entropia. Por outro lado, quando resfriamos um material, seus átomos podem se estabilizar em uma posição bem definida: dizemos então que eles "congelaram".
É nesses estados bem ordenados, obtidos em baixas temperaturas, que certas propriedades interessantes aparecem, como a ferroeletricidade (capacidade de produzir tensão elétrica sob pressão) ou a magnetização. O problema é que esses efeitos geralmente só funcionam no frio, o que limita seu uso.
Mas pesquisadores de Rennes e Bordeaux acabam de mostrar que em alguns materiais específicos, os átomos podem congelar quando a temperatura aumenta! Uma observação aparentemente contrária às leis da termodinâmica, que exigem um aumento da desordem com a temperatura, mas que os cientistas conseguiram explicar.
O material que eles estudaram apresenta dois estados magnéticos estáveis dependendo da sua temperatura. Em baixa temperatura, os elétrons se agrupam em pares e o estado magnético é considerado ordenado. O aquecimento à temperatura ambiente leva a um estado magnético desordenado, onde os elétrons não estão mais emparelhados.
O aquecimento favorece, portanto, uma desordem eletrônica (ou entropia magnética) que compete com a entropia relacionada à posição dos átomos. O estudo mostra que a entropia total do sistema aumenta de fato com a temperatura, como exigem as leis da termodinâmica, e que é a entropia magnética que domina, permitindo que os átomos mantenham em alta temperatura a posição "congelada" que adotam em baixa temperatura.
Esses resultados, publicados na Materials Horizons, mostram que combinar desordem eletrônica e ordem atômica pode levar a novos materiais para sensores, memórias ou outros dispositivos.
Referência:
Francisco Javier Valverde-Muñoz, Ricardo Guillermo Torres Ramírez, Elzbieta Trzop, Thierry Bataille, Nathalie Daro, Dominique Denux, Philippe Guionneau, Hervé Cailleau, Guillaume Chastanet, Boris Le Guennic & Eric Collet.
Stabilizing low symmetry-based functions of materials at room temperature through isosymmetric electronic bistability
Materials Horizons 2025
https://doi.org/10.1039/D4MH01318B