Os diamantes suportam um pouco de pressão. Na verdade, revise isso – os diamantes podem suportar muita pressão. Em uma série de novos experimentos, os cientistas descobriram que os diamantes retêm sua estrutura cristalina em pressões cinco vezes maiores do que o núcleo da Terra.
Isso contradiz as previsões de que o diamante deve se transformar em uma estrutura ainda mais estável sob pressão extremamente alta, sugerindo que o diamante adere a uma forma sob condições em que outra estrutura seria mais estável, o que é referido como sendo ‘metaestável’.
A descoberta tem implicações para a modelagem de ambientes de alta pressão, como os núcleos de planetas ricos em carbono.
O carbono é o mais comum possível. É o quarto elemento mais abundante no Universo e pode ser encontrado em exoplanetas e estrelas e no espaço intermediário. É também um ingrediente principal de toda a vida conhecida na Terra. Sem ele, não existiríamos; é por isso que nos referimos a nós mesmos como vida baseada em carbono.
Assim, o carbono é de intenso interesse para cientistas de todos os tipos. No entanto, um lugar onde o carbono pode ser encontrado – os núcleos de exoplanetas ricos em carbono – é muito difícil de estudar. As altas pressões presentes lá são difíceis de replicar e, uma vez que altas pressões são alcançadas, o material que está sendo espremido é difícil de sondar.
Sabemos que o carbono tem vários alótropos, ou estruturas variantes, em pressões ambientais que têm propriedades físicas significativamente diferentes. Carvão, grafite e diamante se formam em diferentes pressões, com o diamante ocorrendo em pressões mais altas no subsolo, começando em torno de 5 ou 6 gigapascais.
A pressão no centro da Terra é de cerca de 360 gigapascals. Em pressões ainda mais altas – cerca de 1.000 gigapascais, pouco mais de 2,5 vezes a pressão central da Terra, os cientistas previram que o carbono se transformaria novamente em várias novas estruturas, que nunca vimos ou alcançamos antes.
Um método para alcançar pressões incrivelmente altas envolve o uso de uma bigorna de diamante e compressão de choque. Com este método, o hidrocarboneto foi submetido a 45.000 gigapascais. Esse método tende a destruir a amostra antes que sua estrutura possa ser sondada.
Uma equipe liderada pela física Amy Lazicki Jenei, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, encontrou outra maneira de fazer isso funcionar. Eles usaram pulsos de laser em forma de rampa para espremer uma amostra de carbono sólido a uma pressão de 2.000 gigapascais. Simultaneamente, difração de raios-X resolvida no tempo com duração de nanossegundos foi usada para sondar a estrutura cristalina da amostra.
Isso mais que dobrou a pressão anterior na qual um material foi sondado usando difração de raios-X. E os resultados surpreenderam a equipe.
“Descobrimos que, surpreendentemente, sob essas condições, o carbono não se transforma em nenhuma das fases previstas, mas retém a estrutura do diamante até a pressão mais alta”, disse Jenei.
“As mesmas ligações interatômicas ultra-fortes (exigindo altas energias para quebrar), que são responsáveis pela estrutura de diamante metaestável do carbono que persiste indefinidamente na pressão ambiente, também estão provavelmente impedindo sua transformação acima de 1.000 gigapascais em nossos experimentos.”
Em outras palavras, o diamante não relaxa em grafite quando é trazido do subsolo: de pressões mais altas para mais baixas. A força que impede essa reversão pode ser o motivo pelo qual o diamante não se reorganiza em outro alótropo em pressões ainda mais altas do que aquelas em que se formou.
Esta descoberta pode mudar a forma como os cientistas modelam e analisam exoplanetas ricos em carbono, incluindo os míticos planetas de diamante.
Enquanto isso, há mais trabalho a ser feito para entender o resultado. A equipe não tem certeza de por que o diamante é tão forte – mais pesquisas serão necessárias para descobrir por que o diamante é metaestável em uma ampla gama de pressões.
“Se a natureza encontrou uma maneira de superar a barreira de alta energia para a formação das fases previstas no interior dos exoplanetas ainda é uma questão em aberto”, disse Jenei.
“Medições adicionais usando uma via de compressão alternativa ou partindo de um alótropo de carbono com uma estrutura atômica que requer menos energia para reorganizar irão fornecer uma visão mais aprofundada.”
Publicado em 28/01/2021 19h42
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