Depois de meros dois séculos tentando, cientistas finalmente conseguiram cultivar o mineral dolomita em laboratório, resolvendo o antigo enigma geológico conhecido como 'Problema da Dolomita'. Pesquisadores da Universidade de Michigan e da Universidade de Hokkaido em Sapporo, Japão, tiveram sucesso desenvolvendo uma nova teoria baseada em simulações atômicas detalhadas.
A dolomita é um mineral amplamente encontrado em locais icônicos como as montanhas Dolomitas na Itália, as Cataratas do Niágara e os Hoodoos de Utah. É abundante em rochas com mais de 100 milhões de anos, mas raramente é visto se formando em ambientes mais recentes - o que tem sido fonte de perplexidade científica por gerações.
A descoberta crucial foi entender o que perturba a formação da dolomita. Sua estrutura é feita de camadas alternadas de cálcio e magnésio, mas esses elementos frequentemente se ligam aleatoriamente durante o crescimento, criando defeitos estruturais que bloqueiam progresso adicional. Nesse ritmo defeituoso, formar uma única camada bem organizada poderia levar até 10 milhões de anos.
Os pesquisadores perceberam que esses defeitos não são permanentes. Átomos fora do lugar são menos estáveis e mais propensos a se dissolver quando expostos à água. Na natureza, ciclos como chuva ou mudanças de maré repetidamente lavam essas áreas defeituosas. Com o tempo, isso limpa a superfície para que novas camadas, adequadamente organizadas, possam se formar, permitindo que a dolomita se acumule ao longo de períodos geológicos em vez de eternidades geológicas.
Para testar isso, a equipe precisou modelar interações atômicas, uma tarefa que normalmente exige imenso poder computacional. Pesquisadores do Centro de Ciência de Materiais de Estrutura Preditiva (PRISMS) da U-M desenvolveram software que simplificou o desafio. 'Cada passo atômico normalmente levaria mais de 5.000 horas de CPU em um supercomputador. Agora, podemos fazer o mesmo cálculo em 2 milissegundos em um desktop', disse Joonsoo Kim, primeiro autor do estudo.
Para evidência experimental, Yuki Kimura e Tomoya Yamazaki da Universidade de Hokkaido usaram um microscópio eletrônico de transmissão de forma não convencional. Eles pulsaram seu feixe de elétrons 4.000 vezes ao longo de duas horas em um pequeno cristal em solução, usando a capacidade do feixe de dividir água e criar ácido para dissolver defeitos conforme se formavam. O cristal cresceu para cerca de 100 nanômetros, representando cerca de 300 camadas de dolomita - um avanço considerável em relação ao recorde anterior de cinco.
Resolver esse mistério antigo tem implicações modernas. 'Nossa teoria mostra que você pode cultivar materiais sem defeitos rapidamente, se dissolver periodicamente os defeitos durante o crescimento', disse Wenhao Sun, autor correspondente. Essa percepção poderia melhorar a produção de semicondutores, painéis solares, baterias e outras tecnologias. A pesquisa foi financiada pela bolsa New Doctoral Investigator da American Chemical Society PRF, pelo Departamento de Energia dos EUA e pela Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência.