Después de apenas dos siglos de intentarlo, los científicos finalmente han logrado cultivar el mineral dolomita en un laboratorio, resolviendo el enigma geológico de larga data conocido como el "Problema de la Dolomita". Investigadores de la Universidad de Michigan y la Universidad de Hokkaido en Sapporo, Japón, tuvieron éxito desarrollando una nueva teoría basada en simulaciones atómicas detalladas.

La dolomita es un mineral extendido que se encuentra en lugares icónicos como las montañas Dolomitas en Italia, las Cataratas del Niágara y las Hoodoos de Utah. Es abundante en rocas de más de 100 millones de años, pero rara vez se ve formándose en entornos más recientes, lo que ha sido fuente de rascadas de cabeza científicas durante generaciones.

El avance clave fue entender qué interrumpe la formación de la dolomita. Su estructura está compuesta por capas alternas de calcio y magnesio, pero estos elementos a menudo se adhieren aleatoriamente durante el crecimiento, creando defectos estructurales que bloquean el progreso. A ese ritmo defectuoso, formar una sola capa bien ordenada podría tomar hasta 10 millones de años.

Los investigadores se dieron cuenta de que estos defectos no son permanentes. Los átomos fuera de lugar son menos estables y más propensos a disolverse cuando se exponen al agua. En la naturaleza, ciclos como la lluvia o los cambios de marea lavan repetidamente estas áreas defectuosas. Con el tiempo, esto limpia la superficie para que se puedan formar nuevas capas correctamente dispuestas, permitiendo que la dolomita se acumule durante períodos geológicos en lugar de eternidades geológicas.

Para probar esto, el equipo necesitaba modelar interacciones atómicas, una tarea que normalmente requiere un poder computacional inmenso. Investigadores del Centro PRISMS de la Universidad de Michigan desarrollaron software que simplificó el desafío. "Cada paso atómico normalmente tomaría más de 5,000 horas de CPU en una supercomputadora. Ahora, podemos hacer el mismo cálculo en 2 milisegundos en una computadora de escritorio", dijo Joonsoo Kim, primer autor del estudio.

Para evidencia experimental, Yuki Kimura y Tomoya Yamazaki en la Universidad de Hokkaido usaron un microscopio electrónico de transmisión de manera poco convencional. Pulsaron su haz de electrones 4,000 veces durante dos horas sobre un pequeño cristal en una solución, usando la capacidad del haz para dividir el agua y crear ácido para disolver los defectos a medida que se formaban. El cristal creció hasta unos 100 nanómetros, representando alrededor de 300 capas de dolomita, muy lejos del récord anterior de cinco.

Resolver este antiguo misterio tiene implicaciones modernas. "Nuestra teoría muestra que puedes cultivar materiales sin defectos rápidamente, si disuelves periódicamente los defectos durante el crecimiento", dijo Wenhao Sun, autor correspondiente. Esta perspectiva podría mejorar la producción de semiconductores, paneles solares, baterías y otras tecnologías. La investigación fue financiada por la beca PRF New Doctoral Investigator de la Sociedad Química Americana, el Departamento de Energía de EE.UU. y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.