Los diamantes pueden soportar un poco de presión. En realidad, revise eso: los diamantes pueden soportar mucha presión. En una serie de nuevos experimentos, los científicos han descubierto que los diamantes retienen su estructura cristalina a presiones cinco veces superiores a las del núcleo de la Tierra.
Esto contradice las predicciones de que el diamante debería transformarse en una estructura aún más estable bajo una presión extremadamente alta, lo que sugiere que el diamante se adhiere a una forma en condiciones en las que otra estructura sería más estable, lo que se denomina “metaestable”.
El descubrimiento tiene implicaciones para modelar entornos de alta presión, como los núcleos de planetas ricos en carbono.
El carbono es bastante común. Es el cuarto elemento más abundante en el Universo y se puede encontrar en exoplanetas y estrellas y en el espacio intermedio. También es un ingrediente principal de toda la vida conocida en la Tierra. Sin él, no existiríamos; por eso nos referimos a nosotros mismos como vida basada en carbono.
Por tanto, el carbono es de gran interés para los científicos de todo tipo. Sin embargo, un lugar donde se puede encontrar carbono, los núcleos de exoplanetas ricos en carbono, es muy difícil de estudiar. Las altas presiones presentes allí son difíciles de replicar y, una vez que se logran altas presiones, el material que se está exprimiendo es difícil de sondear.
Sabemos que el carbono tiene varios alótropos, o estructuras variantes, a presiones ambientales que tienen propiedades físicas significativamente diferentes. El carbón, el grafito y el diamante se forman a diferentes presiones, y el diamante se produce a presiones más altas en las profundidades del subsuelo
La presión en el núcleo de la Tierra es de alrededor de 360 gigapascales. A presiones aún más altas, alrededor de 1,000 gigapascales, un poco más de 2.5 veces la presión del núcleo de la Tierra, los científicos han predicho que el carbono se transformaría nuevamente en varias estructuras nuevas, unas que nunca antes habíamos visto o logrado.
Un método para lograr presiones increíblemente altas implica el uso de un yunque de diamante y compresión de choque. Con este método, el hidrocarburo se ha sometido a 45.000 gigapascales. Ese método tiende a destruir la muestra antes de que se pueda probar su estructura.
Un equipo dirigido por la física Amy Lazicki Jenei del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore encontró otra forma de hacerlo funcionar. Utilizaron pulsos láser en forma de rampa para exprimir una muestra de carbono sólido, a una presión de 2.000 gigapascales. Simultáneamente, se usó difracción de rayos X de resolución temporal de nanosegundos para sondear la estructura cristalina de la muestra.
Esto duplicó con creces la presión anterior a la que se probó un material mediante difracción de rayos X. Y los resultados sorprendieron al equipo.
“Descubrimos que, sorprendentemente, en estas condiciones, el carbono no se transforma en ninguna de las fases previstas, pero retiene la estructura del diamante hasta la presión más alta”. Jenei dijo.
“Los mismos enlaces interatómicos ultrafuertes (que requieren altas energías para romperse), que son responsables de la estructura de diamante metaestable del carbono que persiste indefinidamente a presión ambiental, también probablemente impidan su transformación por encima de los 1.000 gigapascales en nuestros experimentos”.
En otras palabras, el diamante no vuelve a relajarse en el grafito cuando se saca de las profundidades del subsuelo: de presiones más altas a más bajas. La fuerza que evita esa reversión podría ser la razón por la que el diamante no se reorganiza en otro alótropo a presiones aún más altas que aquellas en las que se formó.
Este descubrimiento podría cambiar la forma en que los científicos modelan y analizan los exoplanetas ricos en carbono, incluidos los míticos planetas de diamantes.
Mientras tanto, hay más trabajo por hacer para comprender el resultado. El equipo no está completamente seguro de por qué el diamante es tan fuerte: se necesitarán más investigaciones para descubrir por qué el diamante es metaestable en una amplia gama de presiones.
“Si la naturaleza ha encontrado una manera de superar la barrera de alta energía para la formación de las fases predichas en el interior de los exoplanetas es todavía una pregunta abierta”. Jenei dijo.
“Otras mediciones que utilicen una vía de compresión alternativa o partan de un alótropo de carbono con una estructura atómica que requiera menos energía para reorganizarse proporcionarán más información”.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.
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