Uma equipa da Universidade de Viena conseguiu observar diretamente um desses estados raros no seio de um cristal extremamente fino. Ao acoplar um microscópio eletrónico de última geração a análises por redes neuronais, os cientistas seguiram em direto a fusão de um cristal de iodeto de prata envolto em grafeno. Este método permitiu captar as transformações à escala atómica em tempo real.
Nos materiais atomicamente finos, a fusão não segue as regras familiares. Novas observações revelam um estado efémero e exótico entre sólido e líquido, remodelando a compreensão científica das transições de fase em duas dimensões.
Crédito: Imagem adaptada de Thuy An Bui, David Lamprecht e Kimmo Mustonen (2025), CC BY 4.0
Para todos nós, a passagem do estado sólido para o estado líquido parece instantânea: o sólido torna-se líquido. No entanto, para os materiais reduzidos a quase duas dimensões, o processo pode revelar-se mais gradual. Um estado transitório, denominado fase hexática, pode então manifestar-se. Ele mistura atributos dos sólidos e dos líquidos.
Até agora, esta fase tinha sido sobretudo examinada em sistemas modelo simplificados. A equipa internacional demonstrou que ela ocorre também em materiais reais, unidos por ligações químicas fortes. Ao aquecer progressivamente o cristal de iodeto de prata, eles registaram a sua passagem pela fase hexática antes da fusão total.
Os resultados indicam que a transição do sólido para a fase hexática é contínua, enquanto a passagem desta fase para o líquido é súbita, contradizendo algumas expectativas teóricas anteriores.
Esta descoberta mostra o contributo das tecnologias híbridas, tais como a microscopia eletrónica e a inteligência artificial, para alargar os limites da ciência dos materiais. Ela aperfeiçoa a nossa perceção dos comportamentos fundamentais em condições extremas, com repercussões previsíveis em vários campos tecnológicos.
A fase hexática: um estado transitório
A fase hexática é um estado da matéria que se posiciona entre o sólido e o líquido, particularmente visível nos materiais em duas dimensões. Enquanto os sólidos apresentam um arranjo atómico rígido e regular e os líquidos um grande desordem, esta fase exibe uma ordem parcial. As distâncias entre as partículas tornam-se irregulares, mas os ângulos entre vizinhos conservam uma certa organização, gerando uma estrutura singular.
Este estado foi proposto a nível teórico nos anos 1970, mas a sua deteção em materiais reais permanecia difícil. Era principalmente analisado em sistemas modelo, como conjuntos de esferas de plástico, onde as interações são mais simples. A fase hexática constitui uma etapa importante na compreensão das transições de fase, indicando que a fusão pode ser um processo em várias etapas e não uma mudança abrupta.
Para os materiais ultrafinos, como os cristais atomicamente finos, a fase hexática aparece num intervalo de temperatura restrito.