Em uma nova pesquisa, os cientistas da Texas A&M University revelaram pela primeira vez um aºnico defeito microsca³pico chamado de "gaªmeo" em um copola­mero de bloco macio usando uma técnica avana§ada de microscopia eletra´nica. Este defeito pode ser explorado no futuro para criar materiais com novas propriedades acaºsticas e fota´nicas.

"Este defeito écomo um cisne negro - algo especial acontecendo que não éta­pico", disse o Dr. Edwin Thomas, professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais. "Embora tenhamos escolhido um determinado pola­mero para nosso estudo, acho que o defeito duplo serábastante universal em um grupo de sistemas de matéria macia semelhantes, como a³leos, surfactantes, materiais biola³gicos e polímeros naturais. Portanto, nossas descobertas sera£o valiosas para diversas pesquisas atravanãs do campo de matéria mole. "

Os resultados do estudo são detalhados nos Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Os materiais podem ser amplamente classificados como matéria dura ou mole. Os materiais duros, como ligas meta¡licas e cera¢micas, geralmente tem um arranjo de a¡tomos muito regular e simanãtrico. Além disso, na matéria dura, grupos ordenados de a¡tomos se organizam em blocos de construção nanosca³picos, chamados de células unita¡rias . Normalmente, essas células unita¡rias são compostas de apenas alguns a¡tomos e se empilham para formar o cristal peria³dico. A matéria mole também pode formar cristais que consistem em células unita¡rias, mas agora o padrãoperia³dico não estãononívelata´mico ; ocorre em uma escala muito maior a partir de montagens de moléculas grandes.

Em particular, para um copola­mero dibloco AB, um tipo de matéria mole, o motivo molecular peria³dico compreende duas cadeias ligadas: uma cadeia de unidades A e uma cadeia de unidades B. Cada cadeia, chamada de bloco, tem milhares de unidades ligadas entre si e um cristal macio se forma por agregação seletiva das unidades A em doma­nios e unidades B em doma­nios que formam células unita¡rias enormes em comparação com a matéria dura.

Outra diferença nota¡vel entre cristais moles e duros éque os defeitos estruturais foram estudados muito mais extensivamente em matéria dura. Essas imperfeições podem ocorrer em um aºnico local ata´mico dentro do material, chamado de defeito pontual. Por exemplo, defeitos pontuais no arranjo peria³dico de a¡tomos de carbono em um diamante devido a impurezas de nitrogaªnio criam o requintado diamante amarelo "cana¡rio". Além disso, as imperfeições nos cristais podem ser alongadas como um defeito de linha ou espalhar-se por uma área como um defeito desuperfÍcie.

Em geral, os defeitos em materiais duros tem sido extensivamente investigados usando técnicas avana§adas de geração de imagens de elanãtrons. Mas, para ser capaz de localizar e identificar defeitos em seus cristais moles de copola­mero em bloco, Thomas e seus colegas usaram uma nova técnica chamada microscopia eletra´nica de varredura por corte e visualização. Este manãtodo permitiu aos pesquisadores usar um feixe de a­ons fino para cortar uma fatia muito fina do material macio, em seguida, eles usaram um feixe de elanãtrons para criar imagens dasuperfÍcie abaixo da fatia e, em seguida, cortar novamente, repetir a imagem, continuamente. Essas fatias foram então empilhadas digitalmente para obter uma visualização 3D.

Para sua análise, eles investigaram um copola­mero dibloco feito de um bloco de poliestireno e um bloco de polidimetilsiloxano. Nonívelmicrosca³pico, uma canãlula unita¡ria deste material exibe um padrãoespacial da chamada forma de "duplo giroide", uma estrutura complexa e peria³dica que consiste em duas redes moleculares entrelaa§adas, uma das quais tem uma rotação para a esquerda e a outra, uma rotação para a direita.

Enquanto os pesquisadores não estavam procurando ativamente por nenhum defeito especa­fico no material, a técnica de imagem avana§ada descobriu um defeito desuperfÍcie, chamado de limite duplo. Em ambos os lados da junção gaªmea, as redes moleculares transformaram abruptamente sua destreza manual.

"Gosto de chamar esse defeito de espelho topola³gico, e éum efeito muito legal", disse Thomas. "Quando vocêtem uma fronteira dupla, écomo olhar para um reflexo em um espelho, conforme cada rede cruza a fronteira, as redes trocam de ma£o, direita se torna esquerda e vice-versa."

O pesquisador acrescentou que as consequaªncias de ter um limite duplo em uma estrutura peria³dica que por si são não tem nenhuma simetria de espelho inerente podem induzir novas propriedades a³pticas e acaºsticas que abrem novas portas na engenharia e tecnologia de materiais.

"Em biologia, sabemos que mesmo um aºnico defeito no DNA, uma mutação, pode causar uma doença ou alguma outra mudança observa¡vel em um organismo. Em nosso estudo, mostramos um aºnico defeito gaªmeo em um material de giroide duplo", disse Thomas. "Pesquisas futuras ira£o explorar para ver se hálgo especial na presença de um plano de espelho isolado em uma estrutura, que de outra forma não tem simetria de espelho."