Terapascal: Pressões do centro de planetas são obtidas em laboratório

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/05/2022

Um arranjo cuidadoso das bigornas de diamante permitirá criar e estudar materiais a pressões extremamente altas, até agora inacessíveis aos experimentos.
[Imagem: Timofey Fedotenko]

Pressões cósmicas

Combinando as duas técnicas mais avançadas para se obter altas pressões em laboratório, cientistas russos e alemães bateram o recorde de pressão, sintetizando pela primeira vez um composto a uma pressão superior a 1 terapascal (TPa), ou 10¹² Pa.

Para comparação, a pressão atmosférica ao nível do mar na Terra equivale a 101.325 Pa.

Saber como os materiais se comportam a pressões muito maiores do que a pressão ambiente na Terra é necessário para entendermos como os elementos químicos se juntam no interior de planetas gigantes, como Saturno ou Júpiter, e dentro das estrelas.

Até agora, os experimentos práticos, para estudar o núcleo da Terra, por exemplo, só haviam sido feitos sob pressões de compressão abaixo dos 200 GPa (gigapascal, ou 10⁹ Pa).

"Para atingir as pressões desejadas, nós combinamos os projetos de bigornas toroidais e de estágio duplo," resumiu a equipe.

Terapascal

A mesma equipe já havia alcançado a marca de 1 terapascal em 2016, mas agora eles conseguiram desenvolver seu experimento o bastante para usá-lo na prática, produzindo e analisando materiais sob essas pressões descomunais.

Além de aprimorar o dispositivo experimental anterior, também foi necessário desenvolver os métodos e os equipamentos para analisar o que acontece dentro das bigornas de diamante em pressões na faixa de TPa.

"O método que desenvolvemos nos permitiu pela primeira vez sintetizar novas estruturas materiais na faixa terapascal e analisá-las in situ - ou seja, enquanto o experimento ainda está em andamento. Desta forma, nós aprendemos sobre estados, estruturas e propriedades de cristais até agora desconhecidas, o que pode aprofundar significativamente nossa compreensão da matéria em geral. Podemos ganhar insights valiosos para a exploração de planetas terrestres e a síntese de materiais funcionais usados em tecnologias inovadoras," disse o professor Leonid Dubrovinsky, da Universidade de Bayreuth, na Alemanha.

Estrutura da primeira bigorna de diamante na categoria terapascal.
[Imagem: Leonid Dubrovinsky et al. - 10.1038/s41586-022-04550-2]

Rênio

Em sua demonstração, os pesquisadores produziram e analisaram novos compostos de rênio. Isso gerou um novo nitreto de rênio (Re₇N₃) e uma liga de rênio-nitrogênio.

Esses materiais foram sintetizados sob pressões extremas na bigorna de diamante de dois estágios aquecida por feixes de laser. A difração síncrotron de raios X de cristal único permitiu a caracterização química e estrutural completa dos compostos.

"Há dois anos e meio, ficamos muito surpresos quando conseguimos produzir um condutor metálico superduro à base de rênio e nitrogênio capaz de suportar até pressões extremamente altas. Se aplicarmos cristalografia de alta pressão na faixa terapascal no futuro, poderemos fazer mais descobertas surpreendentes nessa direção. As portas estão agora abertas para a pesquisa criativa de materiais que gera e visualiza estruturas inesperadas sob pressões extremas," disse a professora Natalia Dubrovinskaia, coordenadora da equipe.

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