Pesquisadores conseguiram, pela primeira vez, observar o derretimento de diamantes submetidos a condições de pressão e temperatura extremas, revelando um comportamento que contraria as expectativas teóricas. O estudo, publicado na revista Nature Physics no dia 13 de agosto, foi conduzido por uma equipe de físicos do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), nos Estados Unidos.
Durante os experimentos, os cientistas submeteram pequenos cristais de diamante a ondas de choque com duração de apenas nanossegundos. Utilizando técnicas avançadas como difração de raios X, pirometria e velocimetria, eles puderam monitorar em tempo real as transformações na estrutura e nas propriedades do material sob pressões que chegaram a quase um terapascal (TPa), unidade equivalente a um milhão de atmosferas.
O resultado mais surpreendente foi que, mesmo sob pressões tão elevadas, a estrutura cristalina típica do diamante permaneceu intacta até o início do processo de fusão. Isso contradiz previsões teóricas que sugeriam que, nessas condições, o carbono deveria se reorganizar em uma estrutura cristalina diferente, conhecida como BC8, antes de atingir o ponto de fusão.
Os dados indicaram que o derretimento ocorreu a temperaturas próximas de 7.300 kelvin, o que equivale a cerca de 7.027 graus Celsius, sob pressões próximas de um terapascal. Além disso, os pesquisadores observaram uma ligeira queda na temperatura de fusão à medida que a pressão aumentava dentro da faixa estudada.
De acordo com o estudo, a estrutura BC8 é prevista por cálculos de física quântica como a fase termodinamicamente estável do carbono em pressões iguais ou superiores a um terapascal. No entanto, experimentos anteriores já haviam demonstrado que o diamante pode permanecer em sua forma tradicional mesmo em condições extremas, desafiando os modelos teóricos.
Os cientistas acreditam que a força das ligações entre os átomos de carbono pode explicar essa resistência. Como a compressão ocorre em uma escala de tempo tão curta, os átomos não têm tempo suficiente para se reorganizar em uma nova estrutura antes que o material comece a derreter, o que impediria a transição para a fase BC8.
Derreter diamante sob pressões extremas não é apenas uma curiosidade científica; tem implicações importantes para o estudo do interior de planetas, onde a matéria é submetida a condições de pressão e temperatura inimagináveis. Compreender como o carbono se comporta nesses ambientes pode ajudar a refinar modelos sobre a formação e a evolução de planetas gigantes e super-Terras.
Os resultados também são relevantes para a pesquisa em fusão nuclear por confinamento inercial, uma técnica que utiliza lasers de alta potência para comprimir cápsulas contendo combustível. Diamantes têm sido usados nesses experimentos, e entender seu processo de fusão é fundamental para melhorar as simulações e aumentar o ganho de energia nos reatores de fusão.
Com esses dados, os pesquisadores esperam aproximar os resultados experimentais das simulações computacionais, resolvendo uma antiga divergência sobre o comportamento do carbono em condições extremas. Isso abre caminho para previsões mais precisas em diferentes áreas da física, incluindo a astrofísica e a ciência dos materiais.
Fonte: Metrópoles
