Forskere opdager todimensionelt materiale ved hjælp af højtryksteknologi

Et internationalt hold med forskere fra University of Bayreuth er for første gang lykkedes med at opdage et hidtil ukendt todimensionelt materiale ved at bruge moderne højtryksteknologi. Det nye materiale, berylonitren, består af regelmæssigt arrangerede nitrogen- og berylliumatomer. Den har en usædvanlig elektronisk gitterstruktur, der viser et stort potentiale for anvendelser inden for kvanteteknologi. Dens syntese krævede et kompressionstryk, der er omkring en million gange højere end trykket i jordens atmosfære. Forskerne har præsenteret deres opdagelse i tidsskriftet Fysiske anmeldelsesbreve .

Siden opdagelsen af ​​grafen, som er lavet af kulstofatomer, interessen for todimensionelle materialer er vokset støt i forskning og industri. Under ekstremt høje tryk på op til 100 gigapascal, forskere fra University of Bayreuth, sammen med internationale partnere, har nu produceret nye forbindelser sammensat af nitrogen- og berylliumatomer. Disse er beryllium polynitrider, hvoraf nogle stemmer overens med det monokliniske, andre til det trikliniske krystalsystem. De trikliniske berylliumpolynitrider udviser en usædvanlig egenskab, når trykket falder. De antager en krystalstruktur, der består af lag. Hvert lag indeholder zigzag nitrogenkæder forbundet med berylliumatomer. Det kan derfor beskrives som en plan struktur bestående af BeN4 femkanter og Be2N4 sekskanter. Dermed, hvert lag repræsenterer et todimensionelt materiale, berylonitren.

Kvalitativt, berylonitren er et nyt 2D-materiale. I modsætning til grafen, den todimensionelle krystalstruktur af beryllonitre resulterer i et let forvrænget elektronisk gitter. På grund af dets resulterende elektroniske egenskaber, beryllonitren ville være fremragende egnet til anvendelser inden for kvanteteknologi, hvis det en dag kunne produceres i industriel skala. Inden for dette stadig unge område for forskning og udvikling, Målet er at bruge stoffets kvantemekaniske egenskaber og strukturer til tekniske innovationer - f.eks. til konstruktion af højtydende computere eller til nye krypteringsteknikker med henblik på sikker kommunikation.

"For første gang, et tæt internationalt samarbejde inden for højtryksforskning er nu lykkedes med at fremstille en kemisk forbindelse, som tidligere var fuldstændig ukendt. Denne forbindelse kunne tjene som en forløber for et 2D-materiale med unikke elektroniske egenskaber. Den fascinerende præstation var kun mulig ved hjælp af et laboratoriegenereret kompressionstryk næsten en million gange større end trykket fra Jordens atmosfære. Vores undersøgelse beviser således endnu en gang det ekstraordinære potentiale af højtryksforskning inden for materialevidenskab, " siger medforfatter Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia fra Laboratoriet for Krystallografi ved University of Bayreuth.

"Imidlertid, der er ingen mulighed for at udtænke en proces til fremstilling af berylonitren i industriel skala, så længe ekstremt høje tryk, som kun kan genereres i forskningslaboratoriet, er nødvendige for dette. Alligevel, det er meget vigtigt, at den nye forbindelse blev skabt under dekompression, og at den kan eksistere under omgivende forhold. I princippet, vi kan ikke udelukke, at det en dag vil være muligt at reproducere beryllonitren eller et lignende 2D-materiale med teknisk mindre komplekse processer og bruge det industrielt. Med vores undersøgelse, vi har åbnet nye muligheder for højtryksforskning i udviklingen af ​​teknologisk lovende 2D-materialer, der kan overgå grafen, " siger den korresponderende forfatter prof. dr. Leonid Dubrovinsky fra det bayerske forskningsinstitut for eksperimentel geokemi og geofysik ved University of Bayreuth.