Raio laser transforma isopor em hidrogênio metálico e diamante. Será?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/05/2023

Teoricamente, dadas as condições geradas pelo laser, é isto o que deveria ter acontecido por algumas frações de segundo.
[Imagem: Dominik Kraus et al. - 10.1103/PhysRevResearch.5.L022023]

- "Fizemos." - "Não, não fizeram."

Pesquisadores do acelerador SLAC, na Universidade de Stanford, acreditam ter transformado isopor em diamantes e em hidrogênio metálico usando apenas um raio laser.

O problema é que, ao menos no caso do hidrogênio metálico, nem todos acreditam neles.

Dominik Kraus e seus colegas alegam ter transformado plásticos em carbono e hidrogênio usando um feixe de laser muito intenso, que produz pressões e temperaturas suficientes para transformar os dois elementos, respectivamente, em diamantes e em hidrogênio metálico, embora este último no estado líquido.

A compressão por laser é bem conhecida, já tendo sido usada para alcançar a ignição da fusão nuclear, embora em um aparato diferente. No SLAC, as ondas de choque geradas pelo laser criaram um ambiente de 5.000 ºC e pressão equivalente a 1,5 milhão de atmosferas.

As tentativas para sintetizar o hidrogênio metálico vêm sendo feitas há décadas, mas as condições para isso são tão difíceis de se obter em laboratório que até hoje nenhum experimento alcançou a unanimidade entre os físicos e químicos.

"Mostramos anteriormente como o plástico forma diamantes em altas pressões e agora estamos tentando entender o que está acontecendo com o hidrogênio ao mesmo tempo," disse Nicholas Hartley, membro da equipe. "O hidrogênio no tipo de pressão que estamos alcançando se comporta como um metal, e esse hidrogênio metálico se forma no interior de Júpiter e Saturno, onde está na origem dos seus campos magnéticos. Há também sugestões de que o hidrogênio metálico pode ser um supercondutor, o que o torna um material muito interessante para estudar para possíveis aplicações aqui na Terra."

A questão é bem menos controversa no tocante aos diamantes.
[Imagem: Dominik Kraus et al. - 10.1103/PhysRevResearch.5.L022023]

Dúvidas sobre o hidrogênio metálico

O problema é que tudo se dá rápido demais, em trilionésimos de segundo, e os produtos da reação, além de serem gerados em quantidades minúsculas, não se mantêm estáveis, o que torna a interpretação dos resultados sujeitos a polêmicas.

Para afirmar que havia hidrogênio metálico lá a equipe se baseia em que, primeiro, teoricamente o hidrogênio se torna metálico nas condições geradas, e, segundo, as simulações computadorizadas usando os dados do experimento mostram que o hidrogênio não estaria misturado com o carbono, indicando então que ele deveria estar em estado metálico, ainda que líquido.

A equipe concorda com as dificuldades, incluindo o fato de eles não terem visto diretamente os átomos de hidrogênio: "O principal método que usamos para estudar o que está acontecendo é a difração de raios X. Infelizmente, átomos com mais elétrons emitem muito mais sinais do que átomos com menos, então, no nosso caso, o carbono é 36 vezes mais fácil de ver do que o hidrogênio," disse Hartley.

"Combinar evidências indiretas experimentais com a teoria não é uma maneira ótima de obter novas informações," comentou o professor Alexander Goncharov, da Instituição Carnegie para a Ciência, que não esteve envolvido na pesquisa. "A teoria pode ser simplificada e o experimento simplesmente não registra hidrogênio."

Técnica promissora

Quanto aos diamantes, a questão é menos controversa: No ano passado, a mesma equipe já havia produzido nanodiamantes a partir do plástico PET usando a mesma técnica a laser.

De qualquer forma, o uso dos plásticos PET e poliestireno expandido apontam para uma rota mais promissora para experimentos como este porque usar materiais sólidos contendo hidrogênio é muito mais simples do que tentar partir do hidrogênio gasoso.

Experimentos como este podem ter aplicações importantes não apenas na ciência planetária, mas também na síntese de materiais economicamente importantes, como os nanodiamantes e, eventualmente, novos tipos de supercondutores.

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