Brasileiros fabricam diamantes usando raios laser

Com informações da Agência Fapesp - 09/07/2015

O laser usado emite pulsos muito energéticos em intervalos extremamente curtos, concentrados em uma pequena área do grafite.
[Imagem: LNLS]

Como fabricar diamantes

A formação de diamantes na natureza depende da presença de carbono em condições dantescas - pressões de 148 mil atmosferas e temperaturas de 2.500 graus Celsius, por exemplo - que fazem os átomos de carbono se rearranjarem em uma estrutura cristalina diferente.

Essas condições estão presentes naturalmente no interior da Terra, mas reproduzi-las em laboratório pode ser um tanto problemático.

Uma forma bem conhecida para sintetizar diamante é pressionar o grafite (gerando alta pressão) e fazer passar por ele uma corrente elétrica (gerando alta temperatura). É assim que são feitos os diamantes industriais.

Outra forma muito desejada de diamante, devido à dureza e à resistência ainda maiores do que as dos diamantes naturais, é composta por nanocristais - são os nanodiamantes. Eles também já foram produzidos em laboratório, mas por meio de um processo muito caro, por conta dos equipamentos necessários.

Nanodiamantes

Uma alternativa técnica e economicamente viável para a produção de nanodiamantes foi obtida agora por pesquisadores brasileiros.

Os patamares de pressão e temperatura necessários foram alcançados mediante uma onda de choque gerada por pulsos ultracurtos de raios laser.

"Além de gerar pulsos muito energéticos, o laser utilizado os emite em intervalos extremamente curtos [de 25 femtossegundos, isto é, 25×10^-15 segundos] e os concentra em uma área extremamente reduzida [com raio de 65 micrômetros, isto é, de 65×10^-6 metros]. Todos esses fatores convergem para que possamos alcançar os patamares necessários de pressão e temperatura da onda de choque," explicou o físico Narcizo Marques Neto, pesquisador no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) e idealizador do experimento.

Além dos nanodiamantes, o experimento produziu uma nova fase do carbono, com uma estrutura similar à casca das cebolas, que ainda está sendo caracterizada pelos pesquisadores.
[Imagem: Francisco C. B. Maia et al. - 10.1038/srep11812]

"Conseguimos um nanomaterial final altamente desejável para várias aplicações, com recursos relativamente modestos", acrescentou Francisco Carlos Maia, responsável pelos experimentos.

Entre essas aplicações citadas pelo pesquisador, a maioria já demonstrada experimentalmente, estão qubits para computadores quânticos, componentes para nanoeletrônica, transistores fotônicos, chips híbridos, além de revestimento de próteses articulares, marcadores celulares, vetores de fármacos etc.

Além disso, o grafite é usado na fase policristalina, a mais comum, em vez da forma altamente ordenada e bastante cara conhecida como HOPG (grafite pirolítico altamente orientado, na sigla em inglês), usada em outros experimentos. O laser utilizado, apesar de produzir pulsos ultracurtos com alta potência, também é acessível a laboratórios de médio porte, no país e no exterior.

Novas fases da matéria

Por interessante que tenha sido o resultado, os pesquisadores o consideram apenas um primeiro passo rumo a realizações ainda mais ousadas.

"Quando iniciarmos, em 2018, a operação da nova fonte de luz síncrotron, Sirius, teremos condições de alcançar, em experimentos de ondas de choque, pressões e temperaturas mais altas do que 1 terapascal (equivalente a 10 milhões de atmosferas) e 50 mil graus Celsius", enfatizou Narcizo.

A atual fonte de luz síncrotron do LNLS é de segunda geração. O Sirius, que, segundo o cronograma, emitirá seu primeiro feixe de luz em 2018, deverá ser, juntamente com o Max 4, em construção na Suécia, uma das primeiras fontes de luz síncrotron de quarta geração no mundo. Numerosos experimentos hoje impossíveis de serem feitos no país poderão ser realizados com o Sirius.

Dessa forma, o experimento que produziu os nanodiamantes é apenas uma prova de conceito de uma técnica que poderá render muitos outros frutos.

"A síntese e o estudo de novas fases da matéria em altíssimas pressões e temperaturas podem levar à descoberta de materiais com propriedades extraordinárias para aplicação cotidiana," concluiu Narcizo.

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