După doar două secole de încercări, oamenii de știință au reușit în sfârșit să crească mineralul dolomit într-un laborator, rezolvând enigma geologică de lungă durată cunoscută sub numele de "Problema Dolomitului". Cercetătorii de la Universitatea din Michigan și Universitatea Hokkaido din Sapporo, Japonia, au reușit prin dezvoltarea unei noi teorii bazate pe simulări atomice detaliate.

Dolomitul este un mineral răspândit găsit în locații iconice precum munții Dolomiți din Italia, Cascada Niagara și formațiunile Hoodoos din Utah. Este abundent în roci mai vechi de 100 de milioane de ani, dar este rar văzut formându-se în medii mai recente, ceea ce a fost o sursă de perplexitate științifică pentru generații.

Descoperirea cheie a fost înțelegerea a ceea ce perturbă dolomitul pe măsură ce se formează. Structura sa este formată din straturi alternative de calciu și magneziu, dar aceste elemente se atașează adesea aleatoriu în timpul creșterii, creând defecte structurale care blochează progresul ulterior. La acea rată defectuoasă, formarea unui singur strat bine ordonat ar putea dura până la 10 milioane de ani.

Cercetătorii și-au dat seama că aceste defecte nu sunt permanente. Atomii care nu sunt la locul lor sunt mai puțin stabili și mai predispuși să se dizolve atunci când sunt expuși la apă. În natură, cicluri precum ploaia sau schimbările de maree spală în mod repetat aceste zone defectuoase. În timp, acest lucru curăță suprafața astfel încât noi straturi, aranjate corespunzător, se pot forma, permițând dolomitului să se acumuleze pe perioade geologice în loc de eternități geologice.

Pentru a testa acest lucru, echipa a avut nevoie să modeleze interacțiunile atomice, o sarcină care de obicei necesită o putere de calcul imensă. Cercetătorii de la Centrul PRISMS (Știința Materialelor Predictive Structurale) al Universității din Michigan au dezvoltat software care a simplificat provocarea. "Fiecare pas atomic ar dura în mod normal peste 5.000 de ore de procesor pe un supercomputer. Acum, putem face același calcul în 2 milisecunde pe un computer desktop", a spus Joonsoo Kim, primul autor al studiului.

Pentru dovezi experimentale, Yuki Kimura și Tomoya Yamazaki de la Universitatea Hokkaido au folosit un microscop electronic de transmisie într-un mod neconvențional. Au pulsat fasciculul său de electroni de 4.000 de ori în două ore pe un cristal mic într-o soluție, folosind capacitatea fasciculului de a despărți apa și de a crea acid pentru a dizolva defectele pe măsură ce se formau. Cristalul a crescut la aproximativ 100 de nanometri, reprezentând aproximativ 300 de straturi de dolomit - o diferență enormă față de recordul anterior de cinci.

Rezolvarea acestui mister străvechi are implicații moderne. "Teoria noastră arată că poți crește materiale fără defecte rapid, dacă dizolvi periodic defectele în timpul creșterii", a spus Wenhao Sun, autorul corespondent. Această perspectivă ar putea îmbunătăți producția de semiconductori, panouri solare, baterii și alte tehnologii. Cercetarea a fost finanțată de grantul American Chemical Society PRF New Doctoral Investigator, Departamentul American de Energie și Societatea Japoneză pentru Promovarea Științei.