Raio laser transforma grafite em diamante, por um instante
Alquimia para diamantes? Um flash de laser pode brevemente estruturar
umas poucas camadas de grafite (que é considerado uma espécie de carvão)
em uma forma parecida com o diamante, conforme demonstrado
experimentalmente. Futuramente a tecnologia poderá se[Imagem: Phys. Rev.
Focus]
Um flash de luz pode alterar temporariamente a estrutura do grafite.
Uma equipe de pesquisadores, que acaba de publicar um artigo a respeito
em uma das mais importantes revistas de Física do mundo, descobriu que -
pelo menos por um breve momento - a exposição à luz altera as ligações
químicas no grafite para formar uma estrutura similar à do diamante.
Transformando carvão em diamante
Avanços posteriores poderão permitir uma conversão completa do
grafite - que é uma forma de carvão - em diamante. Esta pesquisa poderá
levar a novas técnicas em nanoescala nas quais um laser constrói
estruturas de diamante e grafite sobre a superfície de uma película de
carbono.
Embora blocos de diamantes industriais possam ser fabricados por meio
de reações químicas, não há atualmente uma maneira de converter a forma
grafite do carbono na estrutura do diamante em filmes finos.
Escrevendo circuitos eletrônicos com laser
Mas imagine se um feixe focalizado de laser pudesse fazer essa
conversão. O laser poderia "escrever" um circuito eletrônico em
nanoescala sobre uma finíssima camada de grafite, tirando proveito da
resistência e das propriedades isolantes do diamante em algumas áreas e
da natureza semicondutora do grafite em outras áreas, afirma o cientista
David Tománek, da Universidade Estadual de Michigan, nos Estados
Unidos.
Uma equipe liderada por Tománek e Chong-Yu Ruan, também da
Universidade de Michigan, deu um passo rumo a esse sonho ao demonstrar
uma alteração estrutural específica no grafite pela ação da luz de um
laser.
Criando diamantes com laser
A equipe iluminou um alvo de grafite com pulsos de 45 femtossegundos
de duração de um laser emitindo luz na faixa do infravermelho próximo.
Em sincronia com os pulsos de luz foram feitos disparos de um feixe de
elétrons que permitiu aos cientistas detectar a posição dos átomos
utilizando a técnica de difração de elétrons.
Os átomos de grafite normalmente ligam-se em camadas bidimensionais
separadas entre si por uma distância de 0,34 nanômetro, contendo apenas
ligações fracas entre as camadas. Mas os pesquisadores viram uma grande
quantidade dos átomos nas camadas mais superiores ajustarem-se
brevemente em uma camada separada por apenas 0,19 nanômetro de sua
vizinha mais próxima.
Combinando essa observação com outras análises de difração e
simulações computadorizadas, eles concluíram que, num intervalo de 14
picossegundos após a aplicação do pulso de laser, muitos átomos formaram
ligações intercamadas em vários aspectos similares às existentes no
diamante. 30 picossegundos depois, essas ligações desapareceram.
Construir nanoestruturas com luz
Tománek espera, em última instância, forçar esse estado transiente em
uma estrutura totalmente igual à do diamante, em vez de deixá-lo voltar
a ser grafite. Mas o trabalho sugere que o grafite de qualquer ponta de
lápis, exposto à luz do Sol por um longo período, pode conter
minúsculas regiões que assumem a estrutura do diamante depois de serem
excitadas para o estado intermediário.
Tomas Weller, do laboratório de nêutrons ISIS, na Inglaterra,
demonstrou que o tipo correto de pulso de laser pode converter diamantes
industriais em grafite, e ele também espera algum dia construir
nanoestruturas utilizando a luz.
Com relação ao trabalho dos pesquisadores norte-americanos, Weller
está entusiasmado com as respostas que ele traz ao emergente campo da
fotoexcitação em sólidos. "Parece que ele captura uma variedade de
diferentes questões que tem fervilhado nesse campo, e as condensa em uma
só," diz ele.