No início deste ano, diamante amorfo foi sintetizado pela primeira vez usando uma técnica envolvendo altas pressões, temperaturas moderadamente altas e uma pequena quantidade de carbono vítreo como material de partida. Uma equipe de pai e filho da Universidade Clemson já calculou com sucesso uma série de propriedades físicas básicas para esta nova substância, incluindo constantes elásticas e quantidades relacionadas. Os resultados são relatados esta semana em Cartas de Física Aplicada .

O diamante é uma forma de carbono puro em que os átomos estão dispostos em uma rede de cristal, com cada átomo de carbono rodeado por quatro outros carbonos nos cantos de um tetraedro. As ligações carbono-carbono no diamante são conhecidas como ligações sp3. O arranjo ordenado de estruturas tetraédricas que se repetem em longas distâncias em um cristal de diamante produz um material rígido com estabilidade em alta temperatura. O diamante é, portanto, uma pedra preciosa valiosa e um material com diversos usos tecnológicos.

Carbono amorfo, por outro lado, tem frações variáveis ​​de carbono ligado a sp3 em um desordenado, ou amorfo, matriz. A estrutura amorfa produz propriedades mecânicas muito desejáveis. A quantidade de ligações sp3 no carbono amorfo não é tão alta quanto no diamante puro. Uma fração das ligações carbono-carbono são do tipo sp2, encontrado em outras formas de carbono, como grafite.

O silício amorfo ligado a Sp3 e o germânio são conhecidos há muitos anos e são amplamente usados ​​em sistemas fotovoltaicos, sensores e transistores de filme fino, e outras aplicações de alta tecnologia. É de grande interesse, então, para encontrar maneiras de fazer diamante amorfo que retém uma alta fração de ligações sp3. Embora o trabalho relatado no início deste ano tenha feito exatamente isso, as amostras ainda não estão amplamente disponíveis para teste. Os testes preliminares mostraram que esses diamantes amorfos são bastante densos, opticamente transparente e forte.

A equipe pai-filho de Arthur e John Ballato entrou nessa lacuna de conhecimento para calcular algumas propriedades físicas ainda não medidas para esta nova forma de diamante. "Empregamos uma abordagem de modelagem pela qual se pode usar as propriedades do diamante cristalino para deduzir as propriedades do análogo de diamante vítreo, "disse Ballato." Neste trabalho, inferimos as propriedades elásticas desta nova fase do diamante a partir das propriedades medidas do diamante cristalino. "

O procedimento que eles empregaram envolve um modelo de computador de um cristal que é homogeneizado computacionalmente para criar uma versão amorfa da substância. O modelo do cristal é simples, física clássica e descreve as ligações carbono-carbono como molas. O método de homogeneização empregado é conhecido como técnica Voigt-Reuss-Hill (VRH).

Usando essa abordagem, os Ballatos computaram uma série de propriedades importantes em massa, incluindo o módulo de Young, Razão de Poisson e outras constantes elásticas para a substância. Eles usaram a abordagem de homogeneização VRH em trabalhos anteriores para estudar safira vítrea e materiais de interesse para uso em lasers de alta potência. O método VRH é mais simples e direto do que métodos sofisticados de mecânica quântica que também estão disponíveis, mas as propriedades calculadas neste trabalho podem servir de linha de base, tanto para mais sofisticado, mas modelagem cara, bem como para futuras medições experimentais.