![\"\"](\"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/wp-content\/uploads\/2025\/07\/graphicalAbstract-Estrutura-Cristal-texto-1024x720.png\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\nA surpresa vem do fato de que o BaBiO\u2083 parece um \u00f3xido usual, com seus \u00e1tomos dispostos com a precis\u00e3o gr\u00e1fica dos \u201cMetaesquemas<\/a>\u201d do artista pl\u00e1stico H\u00e9lio Oiticica, formas alinhadas em uma geometria quase perfeita. Mas, por dentro, ele esconde movimentos sutis, ca\u00f3ticos, que atrapalham a passagem do calor, quem sabe bem pr\u00f3ximo \u00e0 obra \u201cA dan\u00e7a sagrada do paj\u00e9\u201d, do artista pl\u00e1stico Jos\u00e9 Roberto Aguilar, apresentada no ano passado na exposi\u00e7\u00e3o \u201cAmaz\u00f4nia Vida<\/a>\u201d, em Votorantim, no interior de S\u00e3o Paulo.<\/p>\n\n\n\n \u00c9 como se esse cristal estivesse \u201ccamuflado de vidro\u201d: por fora, ordem; por dentro, instabilidade. Esses efeitos internos impedem que as vibra\u00e7\u00f5es at\u00f4micas quantizadas, os f\u00f4nons, principais respons\u00e1veis pela condu\u00e7\u00e3o de calor em materiais isolantes cristalinos, se transmitam livremente, e acabam se espalhando intensamente. Como resultado, o calor n\u00e3o se propaga bem: fica preso, interrompido, como se estivesse tentando atravessar um labirinto em constante movimento.<\/p>\n\n\n\n \u201cEle tem um comportamento muito an\u00f4malo, porque parece meio que uma coisa h\u00edbrida, entre um vidro e um cristal\u201d, explica a professora Valentina Martelli, do Instituto de F\u00edsica da Universidade de S\u00e3o Paulo (IFUSP), que coordenou a pesquisa publicada recentemente na revista Advanced Science<\/a> e liderou a parte experimental do projeto, em colabora\u00e7\u00e3o com o Prof. Walber Hugo de Brito do Departamento de F\u00edsica da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), que liderou a parte te\u00f3rica do trabalho.<\/p>\n\n\n\n A equipe que deu origem ao artigo \u00e9 formada por um grupo de pesquisadores brasileiros e estrangeiros. Destaca-se o aluno de Doutorado Alexandre Henriques (IFUSP), primeiro autor do trabalho, que realizou as medidas de transporte t\u00e9rmico e que desenvolveu algumas plataformas avan\u00e7adas para os experimentos que s\u00e3o in\u00e9ditas no Brasil. \u201c\u00c9 um cristal muito limpo, \u00e9 um cristal muito ordenado, e, ainda assim, conduz o calor muito mal, pois apresenta assinaturas t\u00edpicas de um vidro. E isso aqui chamou muito a nossa aten\u00e7\u00e3o\u201d, diz Valentina ao Boletim SBF<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n \u201cO bismutato de b\u00e1rio, na verdade, \u00e9 conhecido faz muito tempo, mas o seu estado isolante n\u00e3o foi ainda compreendido. E h\u00e1 muitas teorias que tentam explicar algo ainda mais interessante: quando dopado, ele vira um supercondutor de alta temperatura. Ent\u00e3o, tem muito mist\u00e9rio a respeito desse material. A descoberta reportada no artigo trouxe \u00e0 tona uma vis\u00e3o ainda mais ampla sobre esse comportamento an\u00f4malo.\u201d<\/p>\n\n\n\n O trabalho foi parte do projeto de doutorado do estudante Alexandre Henriques e contou com a p\u00f3s-doutora Mariana S. L. Lima, tamb\u00e9m do IFUSP. A pesquisa analisou a condutividade t\u00e9rmica de monocristais de BaBiO\u2083 em uma faixa ampla de temperatura, de 1,5 a 400 kelvin (ou de -271\u00b0C a 127\u00b0C), combinando experimentos de laborat\u00f3rio e c\u00e1lculos te\u00f3ricos realizados em supercomputadores.<\/p>\n\n\n\n O que os cientistas observaram \u00e9 que, ao variar a temperatura, em vez de apresentar um aumento e depois uma queda suave na condutividade t\u00e9rmica, comportamento t\u00edpico de cristais isolantes, o BaBiO\u2083 mostrou tr\u00eas comportamentos inesperados. Em temperaturas muito baixas, abaixo de 5 kelvin, a condutividade t\u00e9rmica segue uma depend\u00eancia proporcional a T\u00b2, o que \u00e9 incomum. Entre 20 e 260 kelvin, forma-se um \u201cplat\u00f4\u201d: uma faixa onde a condutividade quase n\u00e3o varia. E s\u00f3 acima de 300 kelvin \u00e9 que o material volta a exibir uma queda, como seria esperado para um cristal. No geral, o BaBiO\u2083 a temperatura ambiente conduz t\u00e3o pouco calor (em valor absoluto) quanto materiais v\u00edtreos, apesar de sua estrutura cristalina bem definida.<\/p>\n\n\n\n Para explicar esse comportamento, os pesquisadores estudaram os f\u00f4nons no BaBiO3 e como esses se espalham, fazendo uso de simula\u00e7\u00f5es computacionais. Foi proposto que o material abriga sistemas de tunelamento de dois n\u00edveis, conhecido pela sigla TTLS (tunneling two-level system). Esse conceito, originalmente formulado por P. W. Anderson e outros, para descrever o comportamento t\u00e9rmico de vidros, envolve pequenos grupos de \u00e1tomos que oscilam entre dois estados energ\u00e9ticos quase est\u00e1veis, que s\u00e3o bem comuns em estruturas desordenadas como vidros. Essas oscila\u00e7\u00f5es funcionam como obst\u00e1culos para os f\u00f4nons, gerando espalhamentos que atrapalham o transporte de calor. No caso do BaBiO\u2083, esses efeitos estariam associados a instabilidades din\u00e2micas associadas aos octaedros de bismuto oxig\u00eanio (BiO\u2086), que comp\u00f5em a base estrutural do material.<\/p>\n\n\n\n \u201cPor meio de simula\u00e7\u00f5es computacionais, entendemos um pouco melhor o que s\u00e3o os mecanismos de espalhamento entre esses f\u00f4nons, que vai dar origem a uma baixa condutividade t\u00e9rmica\u201d, explica Walber. \u201cO que a gente fez foi, al\u00e9m de entender as propriedades dos f\u00f4nons nesse material, foi tamb\u00e9m revelar uma caracter\u00edstica que \u00e9 chamada de anarmonicidade.\u201d<\/p>\n\n\n\n Em outras palavras, as vibra\u00e7\u00f5es dos \u00e1tomos n\u00e3o seguem uma rela\u00e7\u00e3o linear simples: elas s\u00e3o mais complexas, o que contribui ainda mais para dificultar a propaga\u00e7\u00e3o do calor. Essas propriedades n\u00e3o s\u00f3 explicam o comportamento t\u00e9rmico observado, como tamb\u00e9m levantam hip\u00f3teses sobre a origem de outras propriedades do material, como sua capacidade de se tornar supercondutor quando dopado com pot\u00e1ssio ou chumbo. \u201cAtrav\u00e9s dos c\u00e1lculos, a gente consegue quantificar a anarmonicidade do composto utilizando um par\u00e2metro chamado par\u00e2metro de Gr\u00fcneisen. E com isso verificamos que esse composto tem uma anarmonicidade consider\u00e1vel\u201d, completa o professor da UFMG, que no momento atua como pesquisador visitante na Rutgers University (EUA).<\/p>\n\n\n\n Do ponto de vista experimental, os dados foram obtidos usando dois m\u00e9todos principais: o m\u00e9todo estacion\u00e1rio, baseado em fluxo constante de calor, e o m\u00e9todo 3\u03c9, que aplica uma excita\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica oscilante ao material. Os experimentos foram realizados nas instala\u00e7\u00f5es do laborat\u00f3rio LQMEC (Laboratory for Quantum Matter under Extreme Conditions), que foi recentemente implementado no Instituto de F\u00edsica em colabora\u00e7\u00e3o com o Prof. Julio Larrea (IFUSP), e com financiamento majorit\u00e1rio da FAPESP. As simula\u00e7\u00f5es computacionais realizadas em supercomputadores brasileiros como o Santos Dumont (https:\/\/sdumont.lncc.br\/<\/a>, LNCC), o Ada Lovelace (CENAPAD-SP) e o Coaraci (Unicamp), usaram t\u00e9cnicas de din\u00e2mica molecular, Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e aprendizado de m\u00e1quina para prever o comportamento dos f\u00f4nons e seus mecanismos de espalhamento.<\/p>\n\n\n\n \u201cA pesquisa exigiu consider\u00e1veis recursos computacionais, mas n\u00e3o foi a parte mais dif\u00edcil desse ponto de vista\u201d, diz Walber. \u201cA parte mais custosa foi em rela\u00e7\u00e3o ao c\u00e1lculo do que seria a condutividade t\u00e9rmica do cristal, porque exigiu o uso de algumas centenas de n\u00facleos de processamento e uma rede de comunica\u00e7\u00e3o r\u00e1pida entre esses diferentes n\u00f3s de computa\u00e7\u00e3o\u201d, continua ele, explicando que foi desta forma que a equipe conseguiu desvendar alguns dos mist\u00e9rios do material e preencher uma lacuna que havia at\u00e9 ent\u00e3o sobre a teoria.<\/p>\n\n\n\n A descoberta tem implica\u00e7\u00f5es diretas em diversas \u00e1reas tecnol\u00f3gicas. Materiais com baixa condutividade t\u00e9rmica s\u00e3o valiosos como isolantes t\u00e9rmicos em dispositivos eletr\u00f4nicos que operam em ambientes hostis (aeroespaciais e de defesa). Tamb\u00e9m s\u00e3o \u00fateis em sistemas termoel\u00e9tricos, que convertem calor residual em eletricidade, uma \u00e1rea estrat\u00e9gica para gera\u00e7\u00e3o de energia limpa e aproveitamento do calor gerado em processos industriais. Al\u00e9m disso, o BaBiO\u2083 pode ser usado como componentes para heteroestruturas funcionais, que combinam diferentes materiais em camadas finas para gerar propriedades otimizadas, como filtros t\u00e9rmicos, sensores para tecnologias qu\u00e2nticas, e sensores que tamb\u00e9m podem detectar varia\u00e7\u00f5es de temperatura.<\/p>\n\n\n\n \u201cDispositivos termoel\u00e9tricos, tipo c\u00e9lula Peltier, s\u00e3o aquelas que, por exemplo, que est\u00e3o nos bebedouros\u201d, lembra Valentina, no qual a \u00e1gua quente passa e se torna fria. Para gerar eletricidade, nesse caso, o processo \u00e9 invertido. A ideia \u00e9 aproveitar justamente aquilo que normalmente se perde: o calor. \u201cEnt\u00e3o esses tipos de materiais podem gerar energia el\u00e9trica a partir do que se perde no processo, que \u00e9 o calor. E por que \u00e9 importante quando a gente descobre um material que \u00e9 altamente cristalino, mas ao mesmo tempo ele conduz muito mal o calor? Porque ele vem nesse momento com a promessa de poder ser uma plataforma.\u201d<\/p>\n\n\n\n Segundo Valentina, o bismutato de b\u00e1rio n\u00e3o \u00e9 um material usado no momento em dispositivos termoel\u00e9tricos \u201cporque ele n\u00e3o tem el\u00e9trons para o transporte, ele \u00e9 um isolante el\u00e9trico\u201d. \u201cEnt\u00e3o, se a gente imagina fazer uma dopagem, como ele se comportaria? Ele j\u00e1 tem uma condu\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica muito baixa, t\u00e3o baixa quanto a de um vidro?\u201d<\/p>\n\n\n\n Ela ressalta que o desafio est\u00e1 justamente a\u00ed. \u201cNormalmente, o gargalo aparece quando voc\u00ea come\u00e7a a mexer no material. Ele fica muito desordenado\u201d, diz ela, para quem avalia que controlar ao mesmo tempo a parte el\u00e9trica e a estrutura cristalina n\u00e3o \u00e9 nada trivial, por\u00e9m \u00e9 fundamental para otimizar o desempenho de um material termoel\u00e9trico. \u201cEnt\u00e3o esses materiais, que s\u00e3o raros, tornam o que conseguimos observar muito relevante, justamente por apresentar essas duas caracter\u00edsticas ao mesmo tempo.\u201d<\/p>\n\n\n\n Walber completa explicando que h\u00e1 uma \u201cperspectiva de aplica\u00e7\u00f5es na \u00e1rea de defesa e aeroespacial\u201d. \u201cE, em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 combinar esse \u00f3xido com outros, fazer essas heteroestruturas, super-redes de \u00f3xidos complexos, o interessante \u00e9 poder, ao combinar esses diferentes materiais, ter outras propriedades que n\u00e3o podem ser observadas nos compostos isolados.\u201d<\/p>\n\n\n\n Embora o BaBiO\u2083 seja conhecido h\u00e1 d\u00e9cadas, esse estudo \u00e9 um exemplo de como olhar para um material sob uma nova perspectiva pode revelar propriedades at\u00e9 ent\u00e3o invis\u00edveis. Tamb\u00e9m mostra a import\u00e2ncia da colabora\u00e7\u00e3o entre experimentos sofisticados e simula\u00e7\u00f5es computacionais de ponta para entender o comportamento da mat\u00e9ria. A pesquisa teve apoio da Fapesp, CNPq e do Instituto Serrapilheira, e contou com a colabora\u00e7\u00e3o de cientistas internacionais, os Drs. Goran Nilsen e Matthias Guttman (ISIS Neutron and Muon Source, Reino Unido) e do Dr. Steffen Wirth (Instituto Max Planck de Dresden, CPFS, Alemanha).<\/p>\n\n\n\n No fim das contas, o BaBiO\u2083 \u00e9 um cristal que age como se fosse vidro, um exemplo de como a natureza pode surpreender mesmo dentro da ordem, ou justamente por causa da instabilidade dentro dela, o que a torna t\u00e3o bela ao expressar a arte intr\u00ednseca da natureza que nos cerca e da qual fazemos parte.<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/wp-content\/uploads\/2025\/07\/valentina2025.jpg\")
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Assista \u00e0 entrevista completa com os cientistas\u00a0<\/h2>\n\n\n\n