Pesquisadores identificam estrutura cristalina inédita em material originado da primeira explosão atômica no Novo México

Pesquisadores da Universidade de Firenze, sob a liderança de Luca Bindi, identificaram uma estrutura cristalina inédita em amostras de trinitita vermelha, material vítreo originado da explosão da bomba atômica Trinity, ocorrida em 16 de julho de 1945, no deserto do Novo México. O achado, detalhado na publicação *Proceedings of the National Academy of Sciences* (DOI: 10.1073/pnas.2604165123), confirma a primeira ocorrência de um clatrato — cristais com redes que aprisionam átomos em seu interior — como produto direto de uma detonação nuclear.

A trinitita é formada pela fusão da areia do deserto com a infraestrutura metálica de cobre, instrumentos de registro e cabos coaxiais da torre de detonação, sob temperaturas que superaram 1.500 °C e pressões milhares de vezes maiores que a atmosférica. Enquanto a maioria desse vidro de sílica é verde, a variante vermelha é mais rara e rica em metais vaporizados do equipamento. Foi dentro de uma microgota metálica de cobre, presente nessa trinitita vermelha, que a equipe localizou a nova estrutura utilizando difração de raios X e microsonda eletrônica.

O clatrato identificado possui estrutura de tipo cúbico I e composição de Si₈₅Ca₁₂Cu₂Fe₁, composta por silício, cálcio, cobre e ferro, com um átomo de cálcio retido no centro de cada cavidade. Trata-se de um material metaestável, o que significa que, embora permaneça estável em condições normais após sua criação, sua formação exige circunstâncias excepcionais de pressão e temperatura, impossíveis de serem reproduzidas por métodos de síntese convencionais em laboratório.

Para analisar a estabilidade da estrutura, os cientistas aplicaram cálculos de teoria do funcional da densidade (DFT), que simulam o comportamento de átomos e estruturas eletrônicas. Os resultados indicaram que esse clatrato permanece estável apenas quando a concentração de cobre é inferior a 11%.

Essa descoberta permitiu investigar a relação entre o clatrato e um quasicristal rico em silício, também encontrado anteriormente na mesma região de cobre da trinitita vermelha. O quasicristal apresenta uma organização atômica regular, porém sem o padrão repetitivo dos cristais comuns. A análise via DFT revelou que a formação de quasicristais a partir de clatratos é improvável nas concentrações de cobre observadas, já que o quasicristal de Trinity possui cerca de 21% de cobre — o dobro do limite de estabilidade do clatrato, nível no qual a topologia da rede colapsa.

Embora ambas as fases tenham surgido sob condições extremas idênticas e compartilhem uma química rica em silício no sistema Ca–Cu–Si–(Fe), a descoberta do clatrato descarta a hipótese de que o quasicristal possua uma base estrutural derivada dele. Devido ao tamanho reduzido da amostra do quasicristal e aos riscos de sua manipulação, a resolução definitiva de sua estrutura ainda não foi possível, mas o novo achado limita os modelos teóricos possíveis.

O estudo evidencia que eventos de alta energia, como impactos de alta velocidade, raios e detonações nucleares, funcionam como laboratórios naturais para a criação de matéria cristalina inesperada. A combinação de caracterização cristalográfica e cálculos de primeiros princípios fornece, assim, novos dados para a física da matéria condensada, a ciência dos materiais e a forense nuclear.