Parece alquimia:pegue um punhado de poeira branca, espremê-lo em uma câmara de pressão cravejada de diamante, em seguida, exploda-o com um laser. Abra a câmara e encontre uma nova partícula microscópica de diamante puro dentro.

Um novo estudo da Stanford University e SLAC National Accelerator Laboratory revela como, com ajuste cuidadoso de calor e pressão, essa receita pode produzir diamantes a partir de um tipo de molécula de hidrogênio e carbono encontrada no petróleo bruto e no gás natural.

"O que é empolgante sobre este artigo é que ele mostra uma maneira de enganar a termodinâmica do que é normalmente necessário para a formação de diamantes, "disse o geólogo Rodney Ewing de Stanford, um co-autor no artigo, publicado em 21 de fevereiro na revista Avanços da Ciência .

Os cientistas sintetizam diamantes de outros materiais há mais de 60 anos, mas a transformação normalmente requer quantidades excessivas de energia, tempo ou a adição de um catalisador - geralmente um metal - que tende a diminuir a qualidade do produto final. "Queríamos ver apenas um sistema limpo, em que uma única substância se transforma em diamante puro - sem um catalisador, "disse o principal autor do estudo, Sulgiye Park, um pesquisador de pós-doutorado na Escola da Terra de Stanford, Energia e Ciências Ambientais (Stanford Earth).

Compreender os mecanismos para essa transformação será importante para aplicações além da joalheria. Propriedades físicas do diamante - dureza extrema, transparência ótica, estabilidade química, alta condutividade térmica - torne-o um material valioso para a medicina, indústria, tecnologias de computação quântica e sensoriamento biológico.

"Se você pode fazer mesmo pequenas quantidades deste diamante puro, então você pode dopá-lo de maneiras controladas para aplicações específicas, "disse o autor sênior do estudo, Yu Lin, um cientista da equipe do Instituto de Stanford para Ciências de Materiais e Energia (SIMES) no SLAC National Accelerator Laboratory.

Uma receita natural

Os diamantes naturais se cristalizam a partir do carbono centenas de quilômetros abaixo da superfície da Terra, onde as temperaturas chegam a milhares de graus Fahrenheit. A maioria dos diamantes naturais descobertos até hoje disparou para cima em erupções vulcânicas há milhões de anos, carregando minerais antigos do interior profundo da Terra com eles.

Como resultado, os diamantes podem fornecer informações sobre as condições e materiais que existem no interior do planeta. "Os diamantes são recipientes para trazer de volta amostras das partes mais profundas da Terra, "disse o físico mineral de Stanford Wendy Mao, que lidera o laboratório onde Park realizou a maioria dos experimentos do estudo.

Para sintetizar diamantes, a equipe de pesquisa começou com três tipos de pó refinado de petroleiros cheios de petróleo. "É uma pequena quantidade, "disse Mao." Usamos uma agulha para pegar um pouco e passar ao microscópio para nossos experimentos. "

Num relance, o inodoro, os pós ligeiramente pegajosos se assemelham ao sal-gema. Mas um olho treinado que perscruta através de um poderoso microscópio pode distinguir átomos dispostos no mesmo padrão espacial que os átomos que compõem o cristal de diamante. É como se a intrincada rede de diamante tivesse sido picada em unidades menores compostas de um, duas ou três gaiolas.

Ao contrário do diamante, que é carbono puro, os pós - conhecidos como diamondoides - também contêm hidrogênio. "Começando com esses blocos de construção, "Mao disse, "você pode fazer diamante de forma mais rápida e fácil, e você também pode aprender sobre o processo de uma forma mais completa, forma cuidadosa do que se você apenas imitar a alta pressão e alta temperatura encontradas na parte da Terra onde o diamante se forma naturalmente. "

Diamondoides sob pressão

Os pesquisadores carregaram as amostras de diamantóide em uma câmara de pressão do tamanho de uma ameixa chamada de célula de bigorna de diamante, que pressiona o pó entre dois diamantes polidos. Com apenas um simples giro de um parafuso, o dispositivo pode criar o tipo de pressão que você pode encontrar no centro da Terra.

Próximo, eles aqueceram as amostras com um laser, examinou os resultados com uma bateria de testes, e executou modelos de computador para ajudar a explicar como a transformação se desenrolou. "Uma questão fundamental que tentamos responder é se a estrutura ou o número de gaiolas afeta como os diamantóides se transformam em diamante, "Lin disse. Eles descobriram que o diamondoide de três gaiolas, chamado triamantano, pode se reorganizar em diamante com surpreendentemente pouca energia.

A 900 Kelvin, que é cerca de 1160 graus Fahrenheit, ou a temperatura da lava incandescente - e 20 gigapascais, uma pressão centenas de milhares de vezes maior do que a atmosfera da Terra, os átomos de carbono do triamantano se alinham e seu hidrogênio se espalha ou desaparece.

A transformação se desdobra em frações de segundo. Também é direto:os átomos não passam por outra forma de carbono, como grafite, a caminho de fazer diamantes.

O tamanho diminuto da amostra dentro de uma célula de bigorna de diamante torna esta abordagem impraticável para sintetizar muito mais do que as partículas de diamante que a equipe de Stanford produziu no laboratório, Disse Mao. "Mas agora sabemos um pouco mais sobre as chaves para fazer diamantes puros."