p Uma equipe internacional que trabalha na Advanced Photon Source no Argonne National Laboratory desenvolveu um método para atingir pressões estáticas muito mais altas do que qualquer anteriormente alcançado. Acima:a imagem de uma bigorna de diamante dentro da câmara de pressão. Tradicionalmente, uma bigorna de diamante funciona como um torno que pressiona a amostra entre dois diamantes de cristal único para produzir pressão extrema. No novo dispositivo, uma bola minúscula de diamantes nanocristalinos fica no topo de cada diamante de cristal único. À medida que os diamantes são comprimidos, a carga é transferida do diamante maior para a nano-bola. Isso faz com que as bolas de nano-diamante se comprimam e realmente fiquem mais duras, permitindo-lhes gerar e suportar pressões extremas. Crédito:Imagem via Dubrovinskaia et al./Science .
p Coisas extraordinárias acontecem com materiais comuns quando são submetidos a altas pressões e temperaturas. Sódio, um metal condutor em condições normais, torna-se um isolante transparente; o hidrogênio gasoso torna-se sólido. p Mas gerar as pressões terapascal - que são dez milhões de vezes a pressão atmosférica na superfície da Terra - necessárias para explorar as condições mais extremas em laboratório só foi possível com o uso de ondas de choque, que geram a pressão por um tempo muito curto e então destroem as amostras. Agora uma equipe internacional que trabalha no Departamento de Energia dos EUA (DOE) Advanced Photon Source (APS), um DOE Office of Science User Facility no Argonne National Laboratory, desenvolveu um método para atingir pressões estáticas muito mais altas do que qualquer anteriormente alcançado.
p "Alcançar pressões ultra-altas abre novos horizontes para uma compreensão mais profunda da matéria, "disse Leonid Dubrovinsky, um cientista da Universidade de Bayreuth, Alemanha, que foi um dos desenvolvedores do novo método. “É de grande importância para as ciências fundamentais, para modelar o interior de planetas gigantes e para o desenvolvimento de novos materiais com propriedades incomuns para aplicações tecnológicas. "
p Usando um novo dispositivo inovador que emprega diamantes nano-cristalinos transparentes desenvolvidos para esta aplicação, Natalia Dubrovinskaia, quem liderou o estudo, Dubrovinsky e colaboradores alcançaram pressões quase 50 por cento maiores do que a pressão estática mais alta alcançada anteriormente com células de bigorna de diamante de estágio único padrão.
p Uma célula de bigorna de diamante de duplo estágio montada na linha de luz na Fonte Avançada de Fótons. Crédito:Imagem cedida por Vitali Prakapenka.
p "É um grande passo, "disse Vitali Prakapenka, um cientista do Centro de Fontes Avançadas de Radiação da Universidade de Chicago que trabalhou nos experimentos.
p Dubrovinsky e seus colegas projetaram uma versão de uma célula de bigorna de diamante de duplo estágio normalmente usada para gerar altas pressões. O aparelho tradicional funciona como um torno que aperta a amostra entre dois diamantes monocristalinos. No novo dispositivo, uma bola minúscula de diamantes nanocristalinos fica no topo de cada diamante de cristal único. À medida que os diamantes são comprimidos, a carga é transferida do diamante maior para a nano-bola. As bolas de nano-diamante se comprimem e realmente ficam mais duras, permitindo-lhes gerar e suportar pressões extremas.
p Os pesquisadores ampliaram ainda mais as capacidades do aparelho, introduzindo um conjunto de gaxeta que atua como uma câmara de pressão secundária dentro da célula, permitindo-lhes trabalhar com gases e líquidos, bem como com sólidos.
p A transparência das novas esferas de nano-diamante abre a possibilidade de atingir alta pressão e alta temperatura simultaneamente. "Podemos fazer brilhar o laser de alta potência através da bigorna de diamante e também do nano-diamante, e aquecer a amostra quando já estiver pressurizada, "disse Prakapenka." E podemos então sondar as propriedades da amostra in situ com técnicas de raios-X síncrotron.
p Cientista da Universidade de Bayreuth e co-autor do estudo Leonid Dubrovinsky na linha de luz. Crédito:Imagem cedida por Vitali Prakapenka.
p Essa capacidade de sondar a matéria em pressões estáticas ultra-altas tem implicações importantes para a compreensão da física e da química dos materiais. A aplicação imediata mais direta é ao estudo dos materiais sob tremenda pressão no interior dos planetas gigantes. Mas Prakapenka sugere outras possibilidades.
p "Podemos sintetizar materiais absolutamente novos com propriedades únicas que nunca teríamos previsto, "disse ele." E acreditamos que ainda existam alguns materiais que podemos sintetizar apenas em alta pressão, como supercondutores, e então se extinguir, trazer para as condições ambientais e uso. Neste caso, é uma quantidade muito pequena - é apenas mícrons - mas para a futura aplicação em tecnologia nanorobótica, quem sabe."
p O grupo trabalhou na linha de luz GeoSoilEnviro Consortium for Advanced Radiation Sources (GSECARS), que é operado pela Universidade de Chicago no Setor 13 da APS. A alta intensidade e energia dos feixes de raios X do APS foram cruciais para os experimentos. "O feixe deve ser intenso o suficiente para atravessar a bigorna de diamante e a amostra de um ou dois mícrons e fornecer estatísticas suficientes para ver a difração da amostra, "disse Prakapenka." Você precisa de intensidade muito alta, raios-X de alta energia para fazer isso. Só é possível em síncrotrons de terceira geração, como APS. "
p Também críticos foram o monocromador GSECARS, sistemas óticos e de imagem, que trazem o feixe para a posição da amostra, concentre-se em um ponto inferior a três mícrons e deixe os cientistas ver e analisar a amostra in situ.
p O papel, "Geração de pressão estática terapascal com nanodiamante de força de rendimento ultra-alta, "foi publicado em 20 de julho em
Avanços da Ciência .
