29.04.2021 - Universität Bayreuth

Un equipo internacional de investigación descubre un nuevo material bidimensional con tecnología de alta presión

Producir un compuesto químico que hasta ahora era completamente desconocido

Un equipo internacional con investigadores de la Universidad de Bayreuth ha logrado descubrir por primera vez un material bidimensional hasta ahora desconocido mediante el uso de la moderna tecnología de alta presión. El nuevo material, el berilonitreno, está formado por átomos de nitrógeno y berilio dispuestos regularmente. Tiene una estructura de red electrónica inusual que muestra un gran potencial para aplicaciones en tecnología cuántica. Su síntesis requirió una presión de compresión aproximadamente un millón de veces superior a la de la atmósfera terrestre.

Desde el descubrimiento del grafeno, formado por átomos de carbono, el interés por los materiales bidimensionales no ha dejado de crecer en la investigación y la industria. Bajo presiones extremadamente altas, de hasta 100 gigapascales, investigadores de la Universidad de Bayreuth, junto con socios internacionales, han producido ahora nuevos compuestos formados por átomos de nitrógeno y berilio. Se trata de polinitruros de berilio, algunos de los cuales se ajustan al sistema cristalino monoclínico y otros al triclínico. Los polinitruros de berilio triclínicos presentan una característica inusual cuando la presión disminuye. Adoptan una estructura cristalina formada por capas. Cada capa contiene cadenas de nitrógeno en zigzag conectadas por átomos de berilio. Por tanto, puede describirse como una estructura plana formada por pentágonos de BeN₄ y hexágonos de Be₂N₄. Así, cada capa representa un material bidimensional, el berilonitreno.

Cualitativamente, el berilonitreno es un nuevo material bidimensional. A diferencia del grafeno, la estructura cristalina bidimensional del berilonitreno da lugar a una red electrónica ligeramente distorsionada. Debido a sus propiedades electrónicas, el berilonitreno sería muy adecuado para aplicaciones en tecnología cuántica si algún día pudiera producirse a escala industrial. En este campo de la investigación y el desarrollo, aún joven, el objetivo es utilizar las propiedades y estructuras mecánicas cuánticas de la materia para innovaciones técnicas, por ejemplo, para la construcción de ordenadores de alto rendimiento o para novedosas técnicas de encriptación con el objetivo de lograr una comunicación segura.

"Por primera vez, la estrecha cooperación internacional en la investigación a alta presión ha logrado producir un compuesto químico hasta ahora totalmente desconocido. Este compuesto podría servir como precursor de un material 2D con propiedades electrónicas únicas. El fascinante logro sólo fue posible con la ayuda de una presión de compresión generada en el laboratorio casi un millón de veces mayor que la presión de la atmósfera terrestre. Nuestro estudio demuestra una vez más el extraordinario potencial de la investigación a alta presión en la ciencia de los materiales", afirma la coautora, la Dra. Natalia Dubrovinskaia, del Laboratorio de Cristalografía de la Universidad de Bayreuth. "Sin embargo, no existe la posibilidad de idear un proceso para la producción de berilonitreno a escala industrial mientras se requieran presiones extremadamente altas, como las que sólo pueden generarse en el laboratorio de investigación. No obstante, es muy significativo que el nuevo compuesto se haya creado durante la descompresión y que pueda existir en condiciones ambientales. En principio, no podemos descartar que algún día sea posible reproducir el berilonitreno o un material 2D similar con procesos técnicamente menos complejos y utilizarlo industrialmente. Con nuestro estudio, hemos abierto nuevas perspectivas para la investigación a alta presión en el desarrollo de materiales 2D tecnológicamente prometedores que pueden superar al grafeno", afirma el autor correspondiente, el Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky, del Instituto de Investigación Bávaro de Geoquímica y Geofísica Experimental de la Universidad de Bayreuth.

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