O carbono possui uma quantidade imensa de alótropos - fulerenos, nanotubos, grafenos, grafite, diamante, carbono amorfo, etc. - que apresentam uma gama variada de características. Os fulerenos são bons aceitadores de elétrons, enquanto que o grafite e os nanotubos são anfotéricos. Já o diamante quando é dopado com boro se torna um semicondutor, e se a dopagem for alta, um metal supercondutor. Sob altas pressões e altas temperaturas essas formas de carbono apresentam complexos diagramas de fase. Assim, aumentando-se a pressão o grafite hexagonal pode se transformar em grafite ortorrômbico e desse passar a diamante. O carbono amorfo sob certas condições de pressão e temperatura se transforma em grafite. Quando o grafite é comprimido à temperatura ambiente, em torno de 14 a 17 GPa, ele se transforma num sólido isolante, transparente, possivelmente a chamada fase "M-carbon", uma fase monoclínica do carbono. Já essa fase monoclínica se transforma em diamante acima de 70 GPa. Os nanotubos, junto a catalisadores e submetidos a altas pressões, podem se transformar em nanodiamantes, da mesma forma que fulerenos sob altas pressões e altas temperaturas também se transformam em diamantes. O grafeno, por seu turno, é bastante estável a altas pressões, embora o meio compressor e o substrato onde ele seja colocado possua uma influência não desprezível no comportamento do material. Outras formas de carbono, incluindo carbinas, nanopontos, carbon horns e carbon onions também apresentam interessantes propriedades sob altas pressões. Assim, o estudo sob condições extremas de formas alotrópicas do carbono se constitui num ativo campo de pesquisa na atualidade.
Entre os alótropos não muito comuns do carbono, estão as cadeias lineares (LCC, linear carbon chains). Elas são estruturas de carbono com potencial de aplicação tecnológica, como possíveis fios para a nanoeletrônica. No artigo abaixo, que contou com a participação de um pesquisador do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará (além de pesquisadores dos Estados Unidos, Coréia do Sul e Japão) os autores estudaram quatro diferentes LCC encapsulados em nanotubos de carbono de paredes múltiplas. A partir de um modelo de força anarmônico, baseado na natureza anarmônica das ligações carbono - carbono, os autores conseguem descrever o amolecimento de um modo característico do LCC, além de fornecerem o módulo de Young, o strain, e o parâmetro de Grüneisen do LCC. Em particular, mostra-se que o módulo de Young e o parâmetro de Grüneisen seguem uma lei universal do tipo 1/P e que o strain possui um comportamento que segue uma lei P elevado ao quadrado. Alguns resultados adicionais já existentes na literatura também foram explicados pelo modelo apresentado.
Referência: K. Sharma, N.L. Costa, Y.A. Kim, H. Muramatsu, N.M. Barbosa Neto, L.G.P. Martins, J. Kong, Alexandre Rocha Paschoal, P.T. Araujo, Physical Review Letters 125, 105501 (2020).
