Cristais quadrados de gelo

Quando a água está confinada em alta pressão entre folhas de grafeno suas moléculas adotam uma configuração quadrada.

© Universidade de Ulm (cristais de gelo entre folhas de grafeno)

A imagem mostra uma bolsa de gelo entre duas folhas de grafeno visto em um microscópio eletrônico de transmissão. As manchas escuras de alto contraste são átomos de oxigênio que indicam posições de moléculas de água. Os átomos de hidrogênio deu muito pouco contraste fornecendo baixa resolução.

Uma equipe de físicos da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, da Universidade de Manchester, Reino Unido, e da Universidade de Ulm, na Alemanha observaram esta configuração quadrada.
Em nosso cotidiano, estamos familiarizados com água em suas formas líquidas mais comum, de gelo e de vapor.

Os pesquisadores também analisaram a água sob condições mais extremas, incluindo com pressões elevadas, onde ela pode existir no estado sólido mesmo à temperatura ambiente.

Os cristais de gelo nas formas tetraédricas lindamente simétricas podem ser vistos em flocos de neve e na superfície de lagos congelados. Essas geometrias podem persistir em situações de pressões muito elevadas, mesmo que a estrutura subjacente sofre mudanças de fase tanto sutis e dramáticas com variação da pressão. Isso certamente se aplica à água sem restrições.

Quando confinado entre outros materiais, no entanto, o comportamento de água é influenciada por interações com superfícies de materiais nucleares.

Em um novo estudo realizado pelo Dr. Gerardo Algara-Siller da Universidade de Ulm, e seus colegas, uma monocamada grafeno foi primeiro depositada sobre uma grelha de microscópio eletrônico de transmissão, e em seguida exposta a uma gota de água e coberta com uma outra camada de grafeno.

Grande parte da água foi espremida para fora do sanduíche de grafeno pela força de van der Waals. O restante foi preso em bolsas com menos de um milionésimo de metro de diâmetro.

"Nós não sabíamos a princípio o que estávamos vendo, e apenas em discussão com os nossos colegas de Manchester foi concebida a ideia de gelo quadrado", disse o Prof. Ute Kaiser, da Universidade de Ulm, um co-autor do estudo.

Este estudo pode melhorar a nossa compreensão do transporte de água através de canais em escala nanométrica em membranas naturais e artificiais.

Os resultados foram publicados na revista Nature.

Fonte: Universitäten Ulm

Turbulência ao redor de um buraco negro

Pesquisadores utilizaram uma relação entre a relatividade geral e hidrodinâmica, a chamada correspondência gravidade-fluido, para estudar como os buracos negros podem se comportar quando perturbado, por exemplo, por uma colisão com outro objeto.

© S. R. Green (ilustração da turbulência em buraco negro)

Os efeitos da turbulência pode provocar certas vibrações ao longo do espaço-tempo do buraco negro e exibir um comportamento qualitativamente diferente do que o esperado.

A correspondência gravidade-fluido é baseada na constatação de que, em certas circunstâncias, as equações da relatividade geral de Einstein se assemelham as equações de Navier-Stokes para dinâmica de fluidos. Normalmente, altera-se parâmetros da gravidade a fim de obter informações sobre algum problema difícil do lado do fluido. Por exemplo, o trabalho recente tem tentado descrever o movimento turbulento de partículas de fluido, mapeando-o para uma geometria do espaço-tempo curvo.

O físico Stephen Green, da Universidade de Guelph, no Canadá, e seus colegas investigaram a correspondência da gravidade-fluido de outra maneira, tentando entender perturbações no buraco negro através de um estudo de turbulência de fluidos, através do número de Reynolds. Eles consideraram um fluido bidimensional, cujas oscilações de velocidade correspondem às vibrações na superfície do buraco negro. A viscosidade do fluido caracteriza a perda de energia para o buraco negro, o que faz com que as perturbações decaiam. Ao contrário de trabalhos anteriores, a equipe analisou as consequências a longo prazo da turbulência na gravidade e descobriu que, em certos casos, um buraco negro pode desenvolver turbulências, tais como vórtices giratórios de ondas gravitacionais.

Esta turbulência no buraco negro prolonga a perturbação, onde os modos de longo comprimento de onda tem decaimento mais lento, fazendo com que esta transferência de energia prolongue a vida útil total da perturbação. Os trabalhos em curso podem nos dizer se a turbulência no buraco negro é observável através, por exemplo, variações nas linhas de emissão de acreção de gás.

Fonte: Physical Review X