Um artigo publicado no periódico científico The Journal of Physical Chemistry Letters descreve uma pesquisa baseada em simulações laboratoriais que pode pavimentar o caminho para a possível criação de uma forma de carbono ultrarresistente, conhecida como fase BC8, que poderia superar a dureza do diamante. 

Esse avanço, resultado de um esforço conjunto entre físicos dos EUA e da Suécia, possibilitado pelo uso de supercomputadores, oferece perspectivas emocionantes para a ciência de materiais.

A fase BC8 (ou superdiamante) é uma configuração molecular única cúbica centrada no corpo de oito átomos de carbono, prevista para ser até 30% mais resistente à compressão do que o diamante, que é atualmente o material mais resistente conhecido na Terra

Representação artística da síntese do carbono BC8, o chamado superdiamante. Crédito: Mark Meamber/LLNL

Dureza incomparável valoriza o diamante

O diamante é valorizado por sua dureza incomparável, que é atribuída à sua estrutura atômica organizada em uma rede tetraédrica, na qual cada átomo de carbono está ligado a quatro vizinhos mais próximos. Esta configuração proporciona ao diamante sua notória resistência, mas também apresenta pontos de fraqueza.

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Por outro lado, a fase BC8 mantém uma estrutura tetraédrica semelhante à do diamante, mas sem os pontos de fraqueza, o que a torna potencialmente mais resistente. Essa estrutura única do carbono BC8 tem sido objeto de interesse científico há algum tempo, especialmente devido às suas possíveis implicações na fabricação de materiais extremamente resistentes.

Os físicos realizaram simulações de dinâmica molecular com precisão quântica em um supercomputador para investigar como o diamante se comporta sob altas pressões e temperaturas. A ideia era entender as condições em que o carbono poderia se transformar na estrutura BC8, revelando novas pistas sobre os processos envolvidos na sua formação.

A fase BC8 já foi observada aqui na Terra em dois materiais, silício e germânio. Extrapolar as propriedades do BC8 vistas nesses materiais permitiu aos cientistas determinar como a fase se manifestaria no carbono. 

Conceito artístico da fase BC8 (ou superdiamante), uma configuração molecular única cúbica centrada no corpo de oito átomos de carbono. Crédito: Flavia Correia via DALL-E/Olhar Digital

Acredita-se que ela possa existir em ambientes de alta pressão, como as profundezas dos exoplanetas. A teoria sugere que a fase BC8 do carbono é a forma mais dura do elemento, capaz de permanecer estável sob pressões extremas, até 10 milhões de vezes maiores que a atmosférica.

No entanto, apesar das especulações teóricas e simulações computacionais, a síntese do carbono BC8 tem sido um desafio. Os cientistas enfrentaram dificuldades para reproduzir as condições extremas necessárias para a sua formação em laboratório. A falta de compreensão sobre essas condições específicas tem se mostrado um obstáculo significativo.

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Supercomputadores simulam formação do carbono BC8

Graças ao uso de supercomputadores de última geração, como o Frontier, no Laboratório Nacional de Oak Ridge, patrocinado pelo Departamento de Energia dos EUA, os pesquisadores conseguiram avançar nessa área. 

Eles desenvolveram simulações detalhadas que descrevem as interações entre átomos individuais em uma ampla faixa de pressão e temperatura, reproduzindo as condições extremas encontradas em ambientes onde se acredita que o carbono BC8 possa existir.

Os resultados dessas simulações forneceram insights valiosos sobre as condições necessárias para a formação do carbono BC8. Agora, os cientistas estão focados em realizar experimentos para tentar sintetizar o carbono BC8 sob essas condições controladas. 

Se bem-sucedidos, esses experimentos abrirão novas possibilidades na pesquisa de materiais e aplicações práticas, promovendo avanços significativos em diversas áreas de aplicação.