Por décadas, os defeitos em cristais líquidos foram vistos como imperfeições inevitáveis. Agora, cientistas mostraram que essas “falhas” podem ser organizadas, deslocadas e até transportadas coletivamente usando ondas sonoras. O avanço foi publicado na revista Nature Communications e pode transformar áreas que vão da fotônica à engenharia de materiais inteligentes.

O estudo, liderado por pesquisadores da Universidade de Xiamen, na China, apresenta uma plataforma acústica capaz de criar, reorganizar e mover defeitos topológicos em cristais líquidos em larga escala, algo que até hoje dependia principalmente de campos elétricos, magnéticos ou ópticos.

“Mostramos que campos acústicos estruturados não apenas influenciam, mas comandam a topologia da matéria mole”, afirma o físico Sen-Sen Li, um dos autores correspondentes do trabalho. “É uma mudança de paradigma: passamos do controle eletromagnético para um controle mecânico da topologia” .

Cristais líquidos — conhecidos do público pelas telas de LCD — possuem uma organização molecular altamente sensível a estímulos externos. Quando essa organização é perturbada, surgem defeitos topológicos, estruturas microscópicas que carregam informação geométrica e funcional.

No novo experimento, os pesquisadores utilizaram ondas acústicas de superfície geradas por transdutores piezoelétricos. A interferência controlada dessas ondas cria campos acústicos com topologia própria, capazes de induzir vórtices de fluxo dentro do cristal líquido.

Esses vórtices, por sua vez, reorientam as moléculas e forçam o surgimento de defeitos organizados em padrões altamente regulares.

O resultado impressiona:

Centenas de defeitos se formam simultaneamente em áreas de vários centímetros quadrados;

Além de criar padrões estáticos, a equipe demonstrou algo inédito: o transporte coletivo de defeitos topológicos. Ajustando apenas a fase das ondas acústicas, os defeitos se deslocam de forma ordenada pelo plano do material.

Medições mostram que o movimento é altamente coordenado, com um parâmetro de ordem de velocidade de aproximadamente 0,94, valor próximo ao movimento coletivo perfeito.

O estudo também revelou que pequenas variações na frequência das ondas acústicas quase dobram a densidade de defeitos, permitindo alternar entre redes quadradas, hexagonais ou padrões híbridos.

Em configurações mais avançadas, com seis ondas acústicas interferentes, os cientistas conseguiram transformar defeitos individuais em formas triangulares, retangulares ou alongadas, tudo em tempo real.

Segundo os autores, essa flexibilidade é fundamental para aplicações futuras. “A topologia deixa de ser um resultado passivo e passa a ser um recurso programável”, destaca Ke-Hui.

Especialistas veem o trabalho como um divisor de águas. Diferentemente de técnicas ópticas ou elétricas, o método acústico: funciona mesmo em materiais opacos ou altamente absorventes; consome menos energia; gera mínimo aquecimento; é compatível com diferentes composições de cristais líquidos.

Essas características ampliam o potencial de uso em dispositivos fotônicos reconfiguráveis, materiais ativos, microrrobótica, sensores inteligentes e até em estudos fundamentais sobre matéria fora do equilíbrio.

“O controle acústico da topologia pode se tornar tão importante quanto o controle elétrico foi no século passado”, resume o estudo.