(PhysOrg.com) -- Quando si tratta di prove di forza, la grafite - in realtà fogli stratificati di atomi di carbonio - se la cava male. Sottoponilo ad altissima pressione, anche se, e la grafite diventa diamante, la sostanza più dura conosciuta, e un materiale unicamente utile in una varietà di applicazioni.

Ma mentre i diamanti possono essere per sempre, la maggior parte dei materiali che si trasformano ad alta pressione ritornano alla loro struttura originale quando la pressione viene sollevata, perdendo tutte le proprietà utili che potrebbero aver acquisito quando la compressione era attiva.

Ora, comprendendo il processo alla base della trasformazione stessa, sia dal punto di vista sperimentale che teorico, i ricercatori hanno compiuto un potenziale passo avanti verso la creazione di una nuova classe di materiali durevoli che mantengono le loro proprietà ad alta pressione, tra cui resistenza e superconduttività, negli ambienti quotidiani a bassa pressione.

La ricerca, guidato da Zhongwu Wang, scienziato dello staff della Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) e tra cui Roald Hoffmann, il premio Nobel per la chimica 1981 e Frank H.T. Rhodes Professore Emerito di Lettere Umane, appare nel 12 ottobre, questione del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Altri scienziati a CHESS, un gruppo in Corea e un associato post-dottorato nel gruppo Hoffmann, Xiao-dong Wen, anche contribuito.

I ricercatori usano spesso la diffrazione dei raggi X, una tecnica in cui i raggi X vengono proiettati su una struttura e catturati su pellicola dopo che li attraversano o rimbalzano sulle sue superfici, determinare le strutture statiche di atomi e molecole. Ma fino ad ora, la trasformazione e l'interazione tra due strutture è avvenuta in una scatola nera metaforica, disse Wang.

Per aprire la scatola, i ricercatori si sono concentrati sulla wurtzite, un cristallo di cadmio-selenio in cui gli atomi sono disposti in una struttura simile a un diamante e le molecole sono legate sulla superficie. Quando sottili fogli di wurtzite vengono schiacciati sotto 10,7 gigapascal di pressione, o 107, 000 volte la pressione sulla superficie terrestre, la loro struttura atomica si trasforma in una struttura simile al salgemma

Sottoporre ad alta pressione un cristallo di dimensioni macroscopiche può provocarne la rottura (piccoli difetti nella struttura cristallina si ingrandiscono, causando la struttura, e il processo di trasformazione, diventare irregolare) -- così i collaboratori coreani del gruppo hanno invece preparato nanosheet di wurtzite, che sono spessi solo 1,4 nanometri e privi di difetti.

Quando è stata applicata la pressione, Wang e colleghi hanno integrato due tecniche di diffrazione dei raggi X (diffrazione dei raggi X a piccolo e grande angolo) per caratterizzare i cambiamenti nella forma della superficie del cristallo e nella struttura atomica interna, così come il cambiamento strutturale delle molecole legate alla superficie.

Hanno scoperto per la prima volta che i nanofogli richiedono una pressione tre volte superiore per subire la trasformazione dello stesso materiale in una forma di cristallo più grande.

Hanno anche testato la resistenza allo snervamento del materiale (il livello di stress al quale inizia a deformarsi), durezza (resistenza al graffio o all'abrasione) ed elasticità (capacità di tornare alla sua forma originale) durante la trasformazione. Capire come queste proprietà cambiano mentre le molecole interagiscono potrebbe aiutare i ricercatori a progettare progetti più forti, materiali più resistenti, ha detto Wang.

E aggiungendo una molecola legante chiamata ligando morbido alla superficie dei nanofogli ad alta pressione, i ricercatori hanno osservato l'effetto di tale legame sulla struttura interna dei nanosheet, pressione di trasformazione, e spaziatura.

Nel frattempo, mentre Wang e colleghi eseguivano gli esperimenti a CHESS, Wen e Hoffmann hanno lavorato sulla teoria corrispondente dietro l'interazione di trasformazione.

"Sia l'esperimento che la simulazione concordano bene, "Ha detto Wang. "Ora sappiamo come si muovono gli atomi. Comprendiamo la procedura intermedia".

Il prossimo passo è testare i modi per bloccare la trasformazione inversa da salgemma di nuovo a wurtzite, creando un materiale che mantiene le proprietà uniche del salgemma sotto pressione ambiente.

E il processo sperimentale di Wang potrebbe essere promettente per comprendere il percorso di trasformazione anche per altri composti.

"Può applicarsi a tutti gli altri materiali, "Ha detto Wang. "Basta seguire il nostro modo di misurazione."