p Os cientistas estão entusiasmados com os diamantes, não os tipos que adornam as joias, mas a variedade microscópica que tem menos do que a largura de um fio de cabelo humano. Esses chamados "nanodiamantes" são compostos quase inteiramente de carbono. Mas, ao introduzir outros elementos na estrutura de cristal do nanodiamante - um método conhecido como "doping" - os pesquisadores poderiam produzir características úteis na pesquisa médica, computação e além. p Em um artigo publicado em 3 de maio em Avanços da Ciência , pesquisadores da Universidade de Washington, o Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA e o Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico anunciaram que podem usar pressão e temperatura extremamente altas para dopar os nanodiamantes. A equipe usou essa abordagem para dopar nanodiamantes com silício, fazendo com que os diamantes brilhem em um vermelho profundo - uma propriedade que os tornaria úteis para imagens de células e tecidos.

p A equipe descobriu que seu método também pode dopar nanodiamantes com argônio, um gás nobre e elemento não reativo relacionado ao hélio encontrado em balões. Nanodiamonds dopados com tais elementos poderiam ser aplicados à ciência da informação quântica - um campo em rápida expansão que inclui comunicação quântica e computação quântica.

p "Nossa abordagem nos permite dopar intencionalmente outros elementos dentro dos nanocristais de diamante, selecionando cuidadosamente os materiais moleculares iniciais usados ​​durante sua síntese, "disse o autor correspondente Peter Pauzauskie, professor associado de ciência e engenharia de materiais da UW e pesquisador do Pacific Northwest National Laboratory.

p Existem outros métodos para dopar nanodiamantes, como implantação de íons, mas este processo muitas vezes danifica a estrutura do cristal e os elementos introduzidos são colocados aleatoriamente, que limita o desempenho e os aplicativos. Aqui, os pesquisadores decidiram não dopar os nanodiamantes depois de terem sido sintetizados. Em vez de, eles doparam os ingredientes moleculares para fazer nanodiamantes com o elemento que queriam introduzir, em seguida, usou alta temperatura e pressão para sintetizar nanodiamantes com os elementos incluídos.

p Em princípio, é como fazer um bolo:é muito mais simples e eficaz adicionar açúcar à massa, em vez de tentar adicionar açúcar ao bolo após o cozimento.

p O ponto de partida da equipe para nanodiamantes foi um material rico em carbono - semelhante ao carvão, disse Pauzauskie - que os pesquisadores transformaram em um peso leve, matriz porosa conhecida como aerogel. Eles então doparam o aerogel de carbono com uma molécula contendo silício chamada tetraetil ortossilicato, que foi quimicamente integrado no aerogel de carbono. Os pesquisadores selaram os reagentes dentro da gaxeta de uma célula de bigorna de diamante, que pode gerar pressões de até 15 gigapascals dentro da gaxeta. Para referência, 1 gigapascal equivale a aproximadamente 10, 000 atmosferas de pressão, ou 10 vezes a pressão na parte mais profunda do oceano.

p Para evitar que o aerogel seja esmagado em tais pressões extremas, eles usaram argônio, que se torna sólido em 1,8 gigapascals, como um meio de pressão. Depois de carregar o material em alta pressão, os pesquisadores usaram um laser para aquecer a célula acima de 3, 100 F, mais de um terço da temperatura da superfície do sol. Em colaboração com E. James Davis, um professor emérito da UW de engenharia química, eles viram que nessas temperaturas o argônio sólido derrete para formar um fluido supercrítico.

p Através deste processo, o aerogel de carbono foi convertido em nanodiamantes contendo defeitos pontuais luminescentes formados a partir das moléculas de dopante à base de silício. Os nanodiamantes emitiram uma luz vermelha profunda em um comprimento de onda de cerca de 740 nanômetros, que é útil em imagens médicas. Nanodiamonds dopados com outros elementos podem emitir outras cores.

p "Podemos lançar um dardo na tabela periódica e - contanto que o elemento que atingimos seja solúvel em diamante - poderíamos incorporá-lo deliberadamente ao nanodiamante usando este método, "disse Pauzauskie." Você poderia fazer um amplo espectro de nanodiamantes que emitem cores diferentes para fins de imagem. Também podemos ser capazes de usar esta abordagem de dopagem molecular para fazer defeitos pontuais mais complexos com dois ou mais átomos dopantes diferentes, incluindo defeitos completamente novos que não foram criados antes. "

p Surpreendentemente, os pesquisadores descobriram que seus nanodiamantes também continham dois outros elementos que eles não pretendiam introduzir - o argônio usado como meio de pressão e o nitrogênio do ar. Assim como o silício que os pesquisadores pretendiam introduzir, os átomos de nitrogênio e argônio foram totalmente incorporados à estrutura cristalina do nanodiamante.

p É a primeira vez que os cientistas usam alta temperatura, conjunto de alta pressão para introduzir um elemento de gás nobre - argônio - em uma estrutura de rede de nanodiamantes. Não é fácil forçar átomos não reativos a se associarem a outros materiais em um composto.

p "Isso foi fortuito, uma surpresa completa, "disse Pauzauskie." Mas o fato de que o argônio foi incorporado aos nanodiamantes significa que este método é potencialmente útil para criar outros defeitos pontuais que têm potencial para uso na pesquisa da ciência da informação quântica. "

p Os pesquisadores esperam, ao lado de dope nanodiamonds intencionalmente com xenônio, outro gás nobre, para possível uso em campos como comunicações quânticas e detecção quântica.

p Finalmente, o método da equipe também pode ajudar a resolver um mistério cósmico:Nanodiamonds foram encontrados no espaço sideral, e algo lá fora - como supernovas ou colisões de alta energia - os entorpece com gases nobres. Embora os métodos desenvolvidos por Pauzauskie e sua equipe sejam para dopar nanodiamantes aqui na Terra, suas descobertas podem ajudar os cientistas a aprender quais tipos de eventos extraterrestres desencadeiam o doping cósmico longe de casa.