(Caciagli et al., Phys Rev. Lett., 2020) A ideia de congelar partículas aquecendo-as é contra-intuitiva, para dizer o mínimo. Mas os físicos mostraram como misturas especialmente projetadas “derretem” no escuro, mas cristalizam no momento em que as luzes se acendem, graças à sua atividade térmica única.
Em vez de saltar as partículas ao redor e espalhá-las, os pesquisadores mostraram que, usando luz para aquecer a mistura, eles foram capazes de prender as partículas no lugar e forçá-las a se aglomerar, como se estivessem congeladas.
Pesquisadores da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, realizaram seus experimentos em um colóide composto por água, poliestireno e pequenas gotículas de óleo revestidas de DNA para entender melhor a dinâmica que ocorre entre eles quando aquecidos pela luz.
Como seu professor de física do ensino médio disse uma vez, partículas suspensas em um gradiente de temperatura fluem dos pontos quentes para os mais frios.
Portanto, seria lógico que, se aquecêssemos suspensões de óleo, focando no limite com seus arredores aquosos, você esperaria que a mistura de moléculas se agitasse com excitação, colidindo e triturando em direção às áreas mais frias e fazendo com que os fluidos se movessem .
Existe até um termo para esse fluxo de óleo e água; a Efeito Marangoni .
Simplificando, a tensão superficial contrastante entre óleo e água torna cada um suscetível a variações de temperatura de maneiras ligeiramente diferentes, forçando suas partículas a se espalharem.
Para estudar o efeito que a luz tem em suspensões de gotículas, o físico de matéria mole Alessio Caciagli e sua equipe revestiram gotas de óleo de 20 a 30 micrômetros de largura em um polímero que foi fortemente polvilhado com fitas simples de DNA.
Essas bolas de óleo difusas foram então combinadas em uma suspensão com esferas de poliestireno com aproximadamente meio micrômetro de diâmetro. O DNA conectou o poliestireno à superfície externa das gotas de óleo, então, quando o material foi suspenso em água, formou um coloide fracamente ligado.
Então a verdadeira diversão começou. O brilho de uma luz na interface entre o óleo e a água fez com que um único aglomerado de poliestireno ficasse no lugar, preso por efeitos ópticos bem compreendidos.
Aproveitando o brilho do laser, a temperatura do poliestireno aumentou cerca de 5 graus Celsius, estabelecendo um gradiente de calor contra a água circundante.
Normalmente, o efeito Marangoni deve ser suficiente para espalhar as esferas de poliestireno e enviar o colóide para longe.
Mas amarrado por uma malha nebulosa de filamentos de DNA, o poliestireno em vez disso flutuou mais próximo juntos na superfície da gota de óleo.
Acontece que o gradiente de calor produzido pelo poliestireno preso cria fluxo nos dois líquidos que sugam as outras partículas suspensas.
O resultado é uma cristalização peculiar de partículas coloidais desencadeadas pelo calor de um feixe de luz. Para fazê-los derreter, tudo o que é necessário é escuridão.
Dê uma olhada por si mesmo no clipe abaixo.
Embora não seja o que poderíamos esperar, a física parece bastante fundamental e foi testada pelos modelos da equipe.
A luz está provando ser um instrumento bastante versátil para manipular partículas. Como a infinita miniaturização da tecnologia exige ferramentas cada vez mais precisas para puxar e cutucar materiais super minúsculos, nos inspiramos a inventar equivalentes em nanoescala defórcepsemarteloscom base noefeitos complexosa luz tem sobre a matéria.
Usar as propriedades ópticas de um laser para criar um 'ímã de calor' para materiais suspensos é apenas mais uma maneira de um dia reunirmos as máquinas de escala molecular de amanhã.
Esta pesquisa foi publicada em Cartas de Revisão Física .