Estudo revela que diamante mantém estrutura cristalina até a fusão em condições extremas de pressão

Cientistas do Laboratório Nacional de Livermore, sob a liderança de Marius Millot, observaram que o diamante mantém sua estrutura cristalina cúbica quase até o momento da fusão, contrariando previsões teóricas anteriores. O estudo, publicado na Nature Physics, revelou que o material não adota uma fase intermediária significativa antes de se transformar em carbono líquido.

Metodologia e condições extremas

Para simular cenários de pressão e temperatura extremos, a equipe utilizou os lasers OMEGA da Universidade de Rochester. O processo consistiu no disparo de pulsos potentes contra pequenas amostras para gerar ondas de choque, atingindo temperaturas superiores às da superfície do Sol e pressões que variaram entre 600 gigapascal e 1,8 terapascal.

Durante o experimento, os pesquisadores monitoraram a refletividade, a temperatura, a velocidade das ondas e as alterações estruturais por meio de raios X.

Ajuste na temperatura de fusão

Os novos dados corrigiram uma divergência histórica entre a física teórica e os resultados experimentais. As medições indicam que a temperatura de fusão do diamante é de aproximadamente 7.300 K sob uma pressão de 1 terapascal. Esse valor é consideravelmente menor do que o registrado em estudos passados, alinhando-se com maior precisão aos cálculos quânticos. Jon Eggert destacou que a implementação de novos diagnósticos permitiu a correção de desvios térmicos que superavam 1.000 graus em medições originais.

A ausência da fase BC8

A principal surpresa do estudo ocorreu na análise do comportamento atômico imediatamente anterior à fusão. Modelos anteriores sugeriam que, ao atingir 1 terapascal, o carbono abandonaria a estrutura do diamante para assumir uma fase denominada BC8.

Contudo, a análise por raios X demonstrou que o sinal da estrutura cristalina cúbica apenas diminuiu até desaparecer, sem evidências de uma quantidade relevante de BC8. Observou-se que o diamante sólido e o carbono líquido coexistiram temporariamente antes da conclusão da transformação.

Marius Millot explica que a forte ligação entre os átomos de carbono torna a reorganização para a fase BC8 um processo energeticamente exigente. Devido à rapidez da compressão experimental, a amostra não teria tempo hábil para realizar essa mudança estrutural durante um único choque.

Impactos científicos e aplicações

O estudo revelou ainda uma característica incomum: sob tais condições, o diamante sólido apresenta menor densidade que o carbono líquido, o que permitiria que o mineral flutuasse sobre o líquido, de forma análoga ao comportamento do gelo na água.

Essas descobertas possuem aplicações práticas e teóricas em diversas áreas:

• Astronomia: Auxilia na compreensão do comportamento do carbono no interior de planetas como Urano e Netuno.
• Energia: Aprimora os modelos de fusão por confinamento inercial, que utilizam materiais de diamante sob pressões massivas.

Ao integrar esse novo modelo de carbono às simulações de fusão, os pesquisadores verificaram que a previsão de ganho energético pode ser elevada em até três vezes.