p (Phys.org) - Uma equipe internacional liderada por Artem R. Oganov, PhD, professor de cristalografia teórica no Departamento de Geociências da Stony Brook University, estabeleceu a estrutura de uma nova forma de carbono. Os resultados de seu trabalho, “Compreendendo a Natureza do Grafite Superhard, ”Foram publicados em 26 de junho em Relatórios Científicos , um novo jornal do Nature Publishing Group. p O Dr. Oganov e sua equipe usaram um novo método computacional para demonstrar que as propriedades do que antes se pensava ser apenas uma estrutura hipotética de uma forma super-dura de carbono chamada "carbono-M" - construída por Oganov em 2006 - combinava perfeitamente com o dados experimentais em “grafite superhard”.

p “A maioria das formas conhecidas de carbono tem uma história colorida de sua descoberta e uma infinidade de aplicações revolucionárias reais ou potenciais, ”Disse Oganov. “Pense no diamante, um material recorde em mais de uma maneira. Pense no grafeno, destinado a se tornar o material da eletrônica do futuro. Ou de fulerenos, cuja descoberta deu início ao campo da nanociência ”.

p A história de mais uma forma de carbono começou em 1963, quando Aust e Drickamer comprimiram grafite à temperatura ambiente. A compressão de grafite em alta temperatura é conhecida por produzir diamante, mas à temperatura ambiente uma forma desconhecida de carbono foi produzida. Este novo formulário, como diamante, era transparente e superduro - mas suas outras propriedades eram inconsistentes com o diamante ou outras formas conhecidas de carbono.

p "O experimento em si é simples e impressionante:você comprime grafite ultrasoft preto, e, de repente, torna-se incolor, transparente, superhard e misteriosa nova forma de carbono - "grafite superhard, '”Disse Oganov. “O experimento foi repetido várias vezes desde então, e o resultado foi o mesmo, mas nenhum modelo estrutural convincente foi produzido, devido à baixa resolução dos dados experimentais. ”

p Usando sua metodologia de previsão de estrutura de cristal inovadora, Oganov em 2006 construiu uma nova estrutura super-rígida de baixa energia de "carbono-M". Esse trabalho resultou em uma série de artigos científicos que, em dois anos, propuseram diferentes estruturas "alfabéticas", como F-, O-, P-, R-, S-, T-, C-, X-, Y-, Carbonos Z. “A ironia é que a maioria deles também tinha propriedades compatíveis com observações experimentais em‘ grafite superhard ’. Para discriminar entre esses modelos, dados experimentais de alta resolução e conhecimentos teóricos adicionais são necessários, Disse ele.

p De acordo com Oganov, a razão pela qual o diamante não é formado na compressão a frio da grafite é que a reconstrução necessária para transformar a grafite em diamante é muito grande e está associada a uma barreira de energia muito grande, que pode ser superado apenas em altas temperaturas, quando os átomos podem saltar muito. Em baixas temperaturas, grafite escolhe, em vez de uma transformação associada com a barreira de ativação mais baixa.

p Pode-se estabelecer a estrutura de "grafite superhard" descobrindo qual estrutura tem a menor barreira de formação de grafite. Fazer isso, Oganov, seu associado de pós-doutorado Salah Eddine Boulfelfel, e seu colega alemão, Professor Stefano Leoni, da Universidade de Tecnologia de Dresden, usou uma abordagem de simulação poderosa, recentemente adaptado para materiais sólidos, conhecido como amostragem do caminho de transição. Essas simulações exigiram alguns dos supercomputadores mais poderosos do mundo, e finalmente provou que o "grafite superduro" é de fato idêntico ao carbono-M, anteriormente previsto por Oganov.

p “Esses cálculos são tecnicamente extremamente desafiadores, e levamos muitos meses para executá-los e analisá-los. Em busca da verdade, você tem que estar preparado para qualquer resultado, e estávamos prontos para aceitar se outra das muitas estruturas propostas ganhasse o concurso. Mas tivemos sorte, e nossa própria proposta - M-carbono - ganhou, ”Disse Oganov.

p Outro resultado deste estudo é um conjunto detalhado de mecanismos de formação de diversos alótropos potenciais de carbono. Isso poderia ser usado para projetar formas de sua síntese para potenciais aplicações tecnológicas.

p “Não sabemos ainda quais aplicações o carbono M encontrará, mas a maioria das formas de carbono conseguiu encontrar aplicações revolucionárias, e este material incrível também pode servir, ”Disse Oganov.