Os pesquisadores examinam profundamente um diamante para ver como os átomos em seus defeitos plaquetários estão dispostos no material natural mais duro conhecido pelo homem.

Uma equipe multinacional de pesquisadores, incluindo um cientista da Wits University, examinaram profundamente um diamante para ver como os átomos em seus defeitos plaquetários estão dispostos no material natural mais duro conhecido pelo homem.

Usando dois processos, a saber, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de perda de energia eletrônica, os cientistas investigaram o arranjo espacial dos átomos de carbono e nitrogênio formando o núcleo dos defeitos. A natureza das ligações entre os átomos também foi determinada.

Como vazios e inclusões, as plaquetas são conhecidas como "defeitos" ou imperfeições nos diamantes. Onde os átomos de carbono nos diamantes estão em perfeito arranjo periódico, um defeito plaquetário interrompe o arranjo periódico dos átomos de carbono, resultando em um defeito que parece uma linha reta minúscula dentro da pedra preciosa quando fotografada com um microscópio eletrônico ao longo de uma direção específica no cristal de diamante.

A pesquisa sobre a natureza dos defeitos em um diamante vem acontecendo há muitas décadas, mas a descoberta veio quando um microscópio eletrônico de transmissão com correção de aberração de resolução atômica no Centro de Microscopia de Alta Resolução da Universidade Nelson Mandela foi usado para obter imagens e analisar os defeitos das plaquetas. O microscópio foi operado em modo de microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM), usando um detector de campo escuro anular de alto ângulo junto com a imagem de espectro de perda de energia de elétrons (EEL), diz o professor Mervin Naidoo da Wits School of Physics. Um artigo sobre o trabalho da equipe que incluiu cientistas da Universidade Nelson Mandela, Universidade Estadual Livre, Oxford University, no Reino Unido, e Max Planck Institute, na Alemanha, foi publicado recentemente na revista, Materiais da Natureza .

Seções finas de diamante para análise de STEM foram preparadas usando um feixe de íons focado (FIB) para cortar seções de 5x10 mícrons com uma espessura de cerca de 20-50 nanômetros (nm é um bilionésimo de um metro). As seções foram então investigadas em um microscópio eletrônico de resolução atômica, passando um feixe de elétrons focalizado com uma energia bem definida através da seção delgada do diamante. O padrão de interferência formado pelas "ondas" de elétrons após passar por uma fina seção de diamante gera uma imagem do arranjo espacial dos átomos de carbono no cristal de diamante, bem como dos átomos de carbono e nitrogênio no defeito das plaquetas. Os dados de perda de energia de elétrons correspondentes fornecem informações sobre a composição química das plaquetas e a natureza das ligações químicas entre os átomos.

"Ao justapor essas imagens umas às outras, fomos capazes de criar uma imagem única da plaqueta, "diz Naidoo.

Embora muitos modelos teóricos do arranjo atômico dos átomos nas plaquetas tenham sido propostos no passado, o estudo atual foi o primeiro que conseguiu imaginar as posições atômicas exatas nas plaquetas e combiná-las com um dos modelos teóricos propostos anteriormente.

Os átomos de carbono em um diamante são organizados em uma rede tridimensional periódica. O defeito plaquetário interrompe o arranjo periódico dos átomos, introduzindo um tipo de defeito plano estendido, contendo principalmente átomos de carbono e alguns átomos de nitrogênio. Os átomos nas plaquetas são organizados em zigue-zague de pares de defeitos ao longo da linha de defeitos.

"Os diamantes são mensageiros das profundezas. O conhecimento da estrutura e composição de um defeito plaquetário pode nos dizer como os diamantes são formados na Terra e quais processos estão envolvidos na sua formação, "diz Naidoo. Em outras palavras, o conhecimento atual agora permite aos pesquisadores formular um modelo dinâmico das possíveis interações de defeitos pontuais que eventualmente formaram essa estrutura plaquetária. "

As plaquetas também podem ser produzidas em diamantes sintéticos, o que permitiria aos cientistas comparar a natureza das plaquetas em diamantes naturais com suas contrapartes sintéticas.

Esses resultados também revelaram que as plaquetas não consistem apenas em átomos de nitrogênio, mas mostrou que as plaquetas contêm nitrogênio e os átomos de nitrogênio provavelmente desempenham um papel na cinética de formação das plaquetas.

"Nós descobrimos um mistério. Nós respondemos por meio de técnicas de imagem de elétrons de resolução atômica à questão do arranjo atômico dos átomos nos defeitos das plaquetas no diamante. Este estudo agora abre outros caminhos interessantes de pesquisa, "diz Naidoo." Este não é o fim da história. "