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O ferro é o elemento mais abundante em massa na Terra. Apesar de ser tão comum e bem estudado, o ferro ainda consegue intrigar os cientistas por exibir comportamentos elétricos e magnéticos que não são totalmente compreensíveis. Em particular, as propriedades físicas do ferro líquido – que compõe a maior parte do núcleo da Terra – têm sido objeto de muito debate entre físicos e geocientistas.
O problema é que certas previsões sobre as propriedades do ferro líquido são difíceis de verificar experimentalmente devido às condições extremas exigidas para averiguá-las. Por exemplo, a resistividade do ferro líquido, que é o inverso da condutividade elétrica, só foi medida até 51 GPa de pressão e 2900 K de temperatura. Isso ocorre porque é um desafio manter intacta a forma e a composição química da amostra de ferro dentro do atual aparato de alta pressão.
Nesse cenário, uma equipe de pesquisa, incluindo o professor associado Kenji Ohta, do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, alcançou recentemente um avanço ao medir as propriedades elétricas do ferro líquido sob condições experimentais extremas. Conforme explicado em seu artigo, que foi publicado em Cartas de revisão físicaisso foi possível graças a duas novas técnicas que eles desenvolveram.
Ambas as técnicas envolveram o uso de uma célula de bigorna de diamante (DAC) que exerce uma pressão incrivelmente alta em uma amostra, comprimindo-a entre as faces planas de dois diamantes opostos. Na primeira técnica, os pesquisadores usaram uma cápsula de safira para conter a amostra de ferro no DAC enquanto a aqueciam com laser e corrente elétrica. “A ideia era manter a geometria da amostra de ferro inalterada durante a fusão e minimizar as diferenças de temperatura dentro da amostra”, explica o Dr. Ohta.
A segunda técnica envolvia uma abordagem radicalmente diferente. Em vez de preservar a forma da amostra durante o processo de fusão, encapsulando-a, os pesquisadores usaram lasers poderosos para ‘instantaneamente’ derreter o ferro. O objetivo era medir rápida e simultaneamente a resistência resolvida em milissegundos, a difração de raios X e a temperatura da amostra fundida antes que ela tivesse tempo suficiente para alterar sua geometria. Essa estratégia inovadora permitiu à equipe medir a resistividade do ferro líquido a pressões e temperaturas de até 135 GPa e 6680 K, respectivamente.
Satisfeito com os resultados, o Dr. Ohta observa: “Nossas medições fornecem a resistividade experimentalmente restrita do ferro líquido a pressões mais de duas vezes maiores do que aquelas em experimentos anteriores.”
Notavelmente, as medições revelaram que a resistividade do ferro líquido não varia muito com a temperatura. Além disso, segue muito bem as estimativas teóricas existentes em pressões mais altas, incluindo a diminuição anômala em torno de 50 GPa, provavelmente indicativa de uma transição magnética gradual. Isso é importante porque existem algumas discrepâncias entre as previsões teóricas e os dados experimentais sobre a resistividade do ferro líquido, especialmente a pressões abaixo de 50 GPa. Assim, os resultados deste estudo ajudarão a esclarecer a origem dessas discrepâncias e ajudarão os físicos a desenvolver modelos e teorias mais precisos sobre o comportamento do ferro. Por sua vez, isso pode levar a uma compreensão mais abrangente dos núcleos terrestres, bem como de fenômenos relacionados, como campos magnéticos planetários.
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