Gli scienziati risolvono il famoso problema della dolomite

La dolomite si trova in tutto il mondo. È carbonato di calcio e magnesio che si trova nelle Dolomiti nel nord Italia (ovviamente), ma anche nelle Cascate del Niagara in Nord America e nelle Bianche Scogliere di Dover nel Regno Unito. In totale, questo metallo è utile per la costruzione Costituisce circa il 2% della crosta terrestre.

Ma contrariamente alla sua relativa abbondanza naturale, per quasi due secoli gli scienziati non sono riusciti a ricreare la dolomite in laboratorio, dando origine a quello che gli esperti chiamano il “problema della dolomite”. Ma un nuovo lavoro condotto da scienziati dell’Università del Michigan (UM) e dell’Università di Hokkaido a Sapporo (Giappone) sembra aver finalmente risolto questo mistero geologico sfruttando un software proprietario e dissolvendo i difetti dei cristalli con un fascio di elettroni. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Scienze Lo scorso novembre.

“In passato, i coltivatori di cristalli che volevano creare materiali impeccabili cercavano di coltivarli molto lentamente… La nostra teoria mostra che è possibile coltivare materiali impeccabili rapidamente se si dissolvono periodicamente i difetti durante la crescita”, ha detto Wenhao Sun. Scienziato della UM e autore corrispondente, In un comunicato stampa. “Se comprendiamo come cresce la dolomite in natura, possiamo apprendere nuove strategie per migliorare la crescita dei cristalli dei moderni materiali tecnologici”.

La dolomite si trova solitamente in rocce che hanno più di 100 milioni di anni, il che significa che ci vuole molto tempo perché questo minerale si formi. Secondo i ricercatori, questo lento tasso di crescita può essere attribuito al modo in cui si è formata la struttura cristallina della dolomite. Il bordo di crescita del minerale è costituito da file alternate di calcio e magnesio e, nell'acqua, questi elementi si attaccano casualmente nei posti sbagliati e impediscono la formazione della dolomite. Mentre la Terra ha una pazienza quasi infinita nell’aspettare che avvenga questa crescita lenta (ad esempio, ogni 10 milioni di anni viene prodotto solo uno strato di dolomite), gli esseri umani – con la loro durata di vita relativamente infinitesimale – non lo fanno.

Per capire come accelerare questo processo naturale, gli scienziati dovevano capire come questi difetti aderiscono alla superficie della dolomite. Normalmente, ciò richiederebbe migliaia di ore di supercalcolo, ma il nuovo software della messaggistica unificata sfrutta la nuova tecnologia per completare queste simulazioni “in 2 millisecondi su un computer desktop”, secondo uno dei ricercatori.

“Il nostro software calcola le energie di alcune disposizioni atomiche e poi le estrapola per prevedere le energie di altre disposizioni in base alla simmetria della struttura cristallina”, spiega in un comunicato stampa Brian Buchala, co-ricercatore e coautore del programma. .

Una volta che il team dell’Università di Hokkaido ha capito come la dolomite cresce su scale temporali geologiche così lunghe, gli scienziati dell’Università di Hokkaido hanno preso in mano la situazione. Sebbene i microscopi elettronici a trasmissione siano generalmente utilizzati per visualizzare oggetti incredibilmente piccoli, hanno anche un utile sottoprodotto che li rende particolarmente adatti per questo particolare esperimento.

“I microscopi elettronici in genere utilizzano solo fasci di elettroni per visualizzare i campioni”, spiega Yuki Kimura dell'Università di Hokkaido in un comunicato stampa. “Tuttavia, il raggio può anche dividere l'acqua, producendo un acido in grado di dissolvere i cristalli. Normalmente questo è dannoso per l'imaging, ma in questo caso la dissoluzione è esattamente ciò che volevamo.”

Il team di Kimura ha posto un campione di dolomite in una soluzione di calcio/magnesio e ha pulsato il fascio di elettroni 4.000 volte per due ore. L'acido risultante ha dissolto efficacemente eventuali difetti e ha permesso alla dolomite di crescere fino a circa 100 nanometri. Ciò equivale a circa 300 strati di dolomite, ovvero 60 volte di più di quanto coltivato in laboratorio. Si spera che la rivelazione dei segreti della crescita della dolomite possa aiutare i futuri scienziati a comprendere i processi geologici di altri minerali, in particolare quelli utilizzati nei semiconduttori.

Di tanto in tanto, l’impazienza ripaga.