Um novo tipo de matéria pode ser sólido e líquido ao mesmo tempo.
Nesse estado de cadeia derretida, as camadas fundidas e sólidas se entrelaçam no nível atômico. Recentemente, usando simulações em computador, os pesquisadores convenceram o potássio virtual a um estado derretido em cadeia, expondo o metal a condições de temperatura e pressão extremas, relataram os cientistas em um novo estudo.
Além do mais, esse estado duplo persistiu mesmo através de mudanças drásticas nas condições dos experimentos na simulação. Essa evidência também mostrou que o estado derretido da cadeia é um tipo estável de matéria e não apenas uma transição entre sólido e líquido.
Esses experimentos foram conduzidos no nível atômico em um ambiente virtual, mas como seria manter um objeto nesse estado peculiar?
"Parece um sólido, para que você possa pegá-lo, então há uma parte líquida que pode vazar", disse o co-autor do estudo, Andreas Hermann, um leitor de física computacional da Escola de Física da Universidade de Edimburgo. e Astronomia na Escócia, disse ao Live Science.
"Mas uma vez que o líquido se perde do material, parte da parte sólida derrete para reabastecê-lo", disse Hermann.
Os pesquisadores já haviam demonstrado em um estudo anterior que o potássio, um metal altamente reativo, era um pouco estranho. Eles mostraram que, sob alta pressão, o potássio forma uma estrutura cristalina incomum de duas redes entrelaçadas diferentes, "passando de um arranjo atômico muito simples para algo muito complicado", disse Hermann.
Para o novo estudo, os cientistas realizaram simulações que submeteram o potássio a altas temperaturas, além de alta pressão. A incorporação do aprendizado de máquina nas simulações aumentou muito o número de átomos - 20.000 de uma vez neste caso - que os autores do estudo poderiam testar.
Nas novas simulações, quando as coisas esquentavam, o potássio fazia algo muito estranho. Depois que seus átomos formaram uma estrutura de treliça intertravada, os átomos em uma treliça foram fortemente conectados, mantendo um estado sólido. Mas o sinal da outra rede desapareceu, indicando desordem nos átomos, observaram os autores do estudo.
Em outras palavras, esses átomos se tornaram líquidos enquanto seus vizinhos atômicos imediatos permaneceram sólidos, criando um estado que não é verdadeiramente sólido nem líquido, mas uma mistura de ambos, "interconectados no nível atômico", disse Hermann.
Quando as amostras de potássio atingiram esse estado duplo, permaneceram como parte líquida e parte sólida mesmo depois que o calor foi aumentado centenas de graus, segundo Hermann.
Outros estudos mostraram que o potássio não é o único elemento que desenvolve duas redes entrelaçadas de átomos sob pressão intensa, e esses elementos - "vizinhos do potássio e de outras partes da tabela periódica" - também podem ser capazes de atingir uma parte líquida e estado parcialmente sólido, disse Hermann.
E o sistema de aprendizado de máquina desenvolvido pelos autores do estudo para examinar o potássio também pode ser usado com outras substâncias, para decodificar como condições extremas os afetam no nível atômico.
"Esta é a prova de princípio: uma técnica computacionalmente barata que pode descrever materiais em uma ampla gama de pressões e temperaturas, incluindo alguns estados muito exóticos, como aquele sobre o qual escrevemos este artigo", disse Hermann. "Esse é o nosso objetivo, passar para outros materiais onde possamos responder a diferentes questões relacionadas à ciência dos materiais".
As descobertas serão publicadas on-line na próxima edição da revista Proceedings of the National Academies of Science.
